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专利名称：一种树木模型装置和实验方法
技术领域：
本发明涉及一种用于进行力学实验以及研究和模拟根系锚固等领域和场合的树木模型装置和实验方法。
背景技术：
为了研究树木失稳、根系力学性质和树木、根系与土壤相互作用等问题，当前主要使用实际树木进行破坏性加载试验，但采用现有的树木资源进行大规模试验，经济代价较大，不利于保护树木，不符合环境保护要求。

发明内容
本发明的目的是提供一种试验成本低，且可以重复利用，符合环境保护的要求的树木模型装置和实验方法。本发明是这样实现的一种树木模型装置，在树根模型的上部设置有树干模型，在树干模型上设置有施加不同位置上的力或力偶的加载系统。上述的树干模型的上部设置有树冠模型，树冠模型上的加载重物的质量对称分布于树干模型且其加载重物的总质量可变化。上述的树冠模型是设置在树干模型顶部的支架及对称设置在支架上的多个加载重物。上述的树干模型与树根模型的连接方式为可拆卸式连接。上述的可拆卸式连接为卡式连接或螺栓连接。上述的树根模型为由若干根不同位置、具有不同走向、且具有不同直径和不同长度的仿根条状物形成的模拟树根，仿根条状物的用量和直径向四周逐渐减少；或所述的树根模型为切除树干后的实际树根。上述的树干模型的材料为木材或钢材或木材和钢材的组合；所述的树根模型的模拟树根的材料为竹、麻、棉等天然材料或纤维、塑料、金属丝束等人工材料或其组合方式。上述的树干模型上设置有观测系统。上述的观测系统包括应变计、位移计、测量角度功能的仪器。对树木模型装置进行力学实验的方法，具体步骤如下(1)挖掘土坑，将树根模型埋入土中，将土填回坑内并按不同设计密实度将回填土压实；(2)在树根模型上牢固连接树干模型和树冠模型；(3)安装加载系统和观测系统；(4)可对土壤加水模拟暴雨浸润；(5)加载和测量。本发明相比现有技术突出的优点是
本发明可以重复利用，降低了树木力学试验的成本，符合环境保护的要求，模型可人工设置，实验过程能人工进行调整，实验结果能充分揭示根系与土壤各主要因素的工作方式和协同作用机制。


图1是本发明的具有模拟树根的树木模型的示意图；图2是本发明的具有实际树根的树木模型的示意图。
具体实施例方式下面以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1-2 一种树木模型装置，在树根模型的上部设置有树干模型1，在树干模型1上设置有施加不同位置上的力或力偶的加载系统3。上述的树干模型1的上部设置有树冠模型4，树冠模型4上的加载重物的质量对称分布于树干模型1且其加载重物的总质量可变化。上述的树冠模型4是设置在树干模型1顶部的支架6及对称设置在支架6上的多个加载重物5。加载重物5是不同质量的重物，可以是球状重物、块状重物或条状重物，在使用一种质量的重物后可在拆卸后安装另外一个质量的重物。如采用砝码当重物将多个砝码对称放置于树干模型1顶部的支架6上，可放上两个或数个砝码，也可成对减少或增加砝码数量和质量。上述的树干模型1与树根模型的连接方式为可拆卸式连接。上述的可拆卸式连接为卡式连接或螺栓连接。也可以是其他的可拆卸式连接方式。上述的树根模型为由若干根不同位置、具有不同走向、且具有不同直径和不同长度的仿根条状物7形成的模拟树根2，仿根条状物7的用量和直径向四周逐渐减少；或所述的树根模型为切除树干后的实际树根8。上述的树干模型1的材料为木材或钢材或木材和钢材的组合；树干模型1采用不同截面形状和尺寸规格来模拟不同大小的实际树木；所述的树根模型的模拟树根2的材料为竹、麻、棉等天然材料或纤维、塑料、金属丝束等人工材料或其组合方式。上述的树干模型1上设置有观测系统9。上述的观测系统9包括应变计、位移计、测量角度功能的仪器。测量角度功能的仪器，如倾斜仪。通过观测系统9采集数据以进行分析并揭示根系与土壤各主要因素的工作方式和协同作用机制。一种对树木模型装置进行力学实验的方法，具体步骤如下(1)挖掘土坑10，将树根模型置入土坑10中，使防根条状物7自然伸展，将土分层填回土坑10内并按不同设计密实度将回填土压实，或直接采用切除树干后的实际树根8 ；(2)在树根模型上牢固连接树干模型1和树冠模型4 ；(3)安装加载系统3和观测系统9 ；(4)可对土壤加水来模拟暴雨浸润情形，也可去除表面土壤路出根系来模拟水流冲刷情形；(5)加载和测量，所施加荷载为力或力偶，测量项目为应变、位移和转角等。通过加载系统3进行加载，并通过观测系统9采集数据以进行分析并揭示根系与土壤各主要因素的工作方式和协同作用机制。上述实施例仅为本发明的较佳实施例之一，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明的形状、结构、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种树木模型装置，其特征在于在树根模型的上部设置有树干模型，在树干模型上设置有施加不同位置上的力或力偶的加载系统。
2.根据权利要求1所述的一种树木模型装置，其特征在于所述的树干模型的上部设置有树冠模型，树冠模型上的加载重物的质量对称分布于树干模型且其加载重物的总质量可变化。
3.根据权利要求2所述的一种树木模型装置，其特征在于所述的树冠模型是设置在树干模型顶部的支架及对称设置在支架上的多个加载重物。
4.根据权利要求1所述的一种树木模型装置，其特征在于所述的树干模型与树根模型的连接方式为可拆卸式连接。
5.根据权利要求4所述的一种树木模型装置，其特征在于所述的可拆卸式连接为卡式连接或螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的一种树木模型装置，其特征在于所述的树根模型为由若干根不同位置、具有不同走向、且具有不同直径和不同长度的仿根条状物形成的模拟树根，仿根条状物的用量和直径向四周逐渐减少；或所述的树根模型为切除树干后的实际树根。
7.根据权利要求1或6所述的一种树木模型装置，其特征在于所述的树干模型的材料为木材或钢材或木材和钢材的组合；所述的树根模型的模拟树根的材料为竹、麻、棉或纤维、塑料、金属丝束或其组合方式。
8.根据权利要求1所述的一种树木模型装置，其特征在于所述的树干模型上设置有观测系统。
9.根据权利要求8所述的一种树木模型装置，其特征在于所述的观测系统包括应变计、位移计、测量角度功能的仪器。
10.一种对权利要求1所述树木模型装置进行力学实验的方法，其特征在于具体步骤如下(1)挖掘土坑，将树根模型埋入土中，将土填回坑内并按不同设计密实度将回填土压实；(2)在树根模型上牢固连接树干模型和树冠模型；(3)安装加载系统和观测系统；(4)可对土壤加水模拟暴雨浸润；(5)加载和测量。
全文摘要
本发明涉及一种用于进行力学实验以及研究和模拟根系锚固等领域和场合的树木模型装置和实验方法，在树根模型的上部设置有树干模型，在树干模型上设置有施加不同位置力或力偶的加载系统，实验的方法是(1)挖掘土坑，将树根模型埋入土中，将土填回坑内并按不同设计密实度将回填土压实；(2)连接树干模型和树冠模型；(3)安装加载系统和观测系统；(4)可对土壤加水模拟暴雨浸润；(5)加载和测量，本发明可以重复利用，降低了树木力学试验的成本，符合环境保护的要求，模型可人工设置，实验过程能人工进行调整，实验结果能充分揭示根系与土壤各主要因素的工作方式和协同作用机制。
文档编号G01N19/00GK102564941SQ20121000861
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者李茜茜, 胡忠志 申请人:台州学院, 胡忠志