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摘 要
Abstract
目 录
第1章 绪 论
1.1研究背景与意义
1.2树木抗风研究现状
1.2.1理论模型研究现状
1.2.2数值模型研究现状
1.2.3实验模型研究现状
1.3土-树相互作用研究现状
1.3.1根土剪切实验研究现状
1.3.2根土锚固模拟研究现状
1.4 树木抗风与土-树相互作用研究存在的问题
1.5本文的主要工作
第2章 林木根系固土理论研究基础
2.1根系的构型与分类
2.2根土研究的试验方法
2.2.1根系拉拔试验
2.2.2室内剪切试验
2.2.3原位剪切试验
2.3根系固土的力学基础
从上个世纪以来，便不断有学者从多学科和不同领域的角度出发，针对根系的固土力学机理展开了大量的研究和探
2.3.1加筋理论
等效围压原理则是用来解释加筋土加筋效果的另一种概念和方法。所谓的等效围压，指的是根土复合体试样在进行
2.3.2根土锚固理论
（1）悬吊作用：深粗根通过将软弱、松动、不稳定的土层悬吊于稳定的岩石质土层中，起到防止其离层和滑脱坠
（2）组合梁作用：在没有根系穿插和锚固之前，土体中的各薄壁土层处在彼此隔离和相互分层的状态，各土层之
（3）挤压加固的作用。根系的盘根错节增大了土壤的密实度，填补了土颗粒之间存留的空隙，使土方和岩石块紧
此外，根据以上的锚固理论，林木根系的锚固支护作用还可以进行更加深入的细化：
（1）林木根系能够增强土体稳定性。天然素土由于本身具备一定的强度和整体性，因此在初始状态下能够保持自
（2）林木根系具有箍束骨架的作用。由于林木根系本身具备一定的强度和张拉特性，同时在土体中穿插交织、盘
（3）林木根系能够传递并分担部分荷载。当土体在外力作用下发生塑性变形时，由于根系的存在能够利用根系自
（4）林木根系能够承担并扩散应力。根系能够自身分泌粘液与产生有机胶质，从而与土壤产生咬合和相互嵌制作
2.4根系固土经验模型
2.4.1 Wu- Waldron模型
2.4.2其他经验模型（Riproot模型）
Riproot模型是在Wu- Waldron模型上提出的可以反映根系渐变式断裂破坏的抗剪强度增量预估
Riproot模型大体上采用的分析原理是纤维束模型的思想，其主要的分析步骤是假设根土复合体中的根系是
2.5 本章小结
第3章 香樟树模态实测与分析
3.1香樟树简介
3.2 模态实测概况
3.2.1实测设备与仪器
3.2.2实测原理与介绍
3.2.3 实测方案与测点布置
3.3实测数据的处理与分析
3.4 本章小结
为了获得树木在振动条件下的动力响应状况，同时为后续树木的建模分析、动力特性分析等提供参照和依据，本文
（1）首先介绍了关于香樟树的生长特性、材质情况以及在抗风和抵御自然灾害方面的功能及优越性。阐述了香樟
（2）其次介绍了实测地概况以及所采用实测设备的规格及型号；同时，从实测基本原理出发，介绍了人工激励施
（3）然后重点选取了布设测点中的1号激振点、5号激振点和15号激振点等3处力锤激励作用点进行加速度响
（4）最后采用优泰自带的模态分析软件通过快速傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，并在频域内对采集得到
第4章 树木模态数值分析
树木模态数值分析就是利用有限元软件建立树木的数值模型，并在此基础之上开展关于模态分析的具体过程。为了
4.1有限单元法基本理论
有限单元法是数值分析方法的一种，其最核心的求解思想是将连续体通过结点互连的形式离散成许多的单元体，在
目前，对于处理不同物理模型和数学性质的问题，有限单元法的求解思路大体上是一致的，其分析和求解过程主要
第一步：根据实际当中待求解的问题定义求解域的几何半径及其物理属性。
第二步：将目标求解域进行离散化。通过运用假想的线或者平面将待求解域切割成若干个具有不同大小形状且彼此
第三步：选择位移参考模型。确定多项式位移函数的阶次，使满足边界条件的微分方程式尽可能地和实际位移保持
第四步：推导单元的刚度矩阵。根据最小位能原理，通过利用单元的材料属性和几何性质等推导运动状态的平衡方
第五步：集合成总体刚度矩阵并求解。将各个单元的单元刚度矩阵集合成求解域连续体的总体刚度矩阵，同时将各
第六步：联立方程并求解。联立总装刚度矩阵的方程组并采用迭代法或随机法等方法求解单元结点处状态变量的近
总体来说，有限单元法的计算分两个阶段进行完成：前处理和后处理。前处理主要进行有限元建模和网格的划分，
4.2根土复合体原理
4.3土-树数值简化模型
4.3.1模型假设
4.3.2树叶模型的建立
4.3.3根土复合体模型参数
4.4数值模型计算
4.4.1土体的模拟
4.5本章小结
第5章 土-树相互作用计算分析
有限元建模的主要目的在于对其进行各种荷载和工况组合下的影响因素分析。本文在基于前述土-树模型的基础之
5.1自振频率的比较
表0.1 实测与模型计算的两个方向自振频率（Hz）
5.2振型的比较
5.3振型适应度函数
5.3.1适应度函数型式
5.3.2振型相似度的比较
5.4本章小结
结论与展望
结论
风害是造成树木损伤的主要形式之一，近年来关于树木风振性能的研究越来越引起人们的重视。我国是世界上风灾
展望
参考文献
致 谢
附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）
附录B（攻读硕士学位期间所参与的科研项目）
