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1. 近年來因 全球暖化 導致暴風雨的增加，使得根系對於土壤錨定力是近年來主要的課題。

A generic 3D finite element model of tree anchorage integrating soil mechanics and real root system architecture 利用三維有限元素分析模擬根的錨定力結合土壤力學及根系結構 指導老師 : 鄭皆達 79842032 許涵硯. 前言. 1. 近年來因 全球暖化 導致暴風雨的增加，使得根系對於土壤錨定力是近年來主要的課題。

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1. 近年來因 全球暖化 導致暴風雨的增加，使得根系對於土壤錨定力是近年來主要的課題。

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Presentation Transcript

  1. A generic 3D finite element model of tree anchorage integrating soil mechanics and real root system architecture 利用三維有限元素分析模擬根的錨定力結合土壤力學及根系結構 指導老師:鄭皆達79842032 許涵硯

  2. 前言 • 1.近年來因全球暖化導致暴風雨的增加，使得根系對於土壤錨定力是近年來主要的課題。 • 2.前人研究中多著重於植物的現地拉拔與生態調查，較缺乏數值模擬，所以此研究利用FEM(FINITE ELEMENT MODEL)來模擬根系之錨定力，並採取現地根系資料與土壤參數以達到與現地相同的狀況，以減少生態的破壞及昂貴的現地實驗。 • 3.利用FEM來模擬拉拔力，可將不同根型放入不同的土壤環境中。

  3. 摘要 • 1.此研究中將兩種植物利用側拉的方式，來模擬風載重對於樹所造成之影響。 • 2.影響拉拔力的因素:根的結構，土壤的物理特性及力學特性。 • 3.在研究土壤對於頃倒模擬中，純砂質土迎風面的土體呈現永久破壞的狀況，而純粘土中則較為對稱。 • 4.根系之拉拔力在粘土中高於砂質土。 • 5.土壤含水量很高時，剪應力與土根之間的連結力會下降許多，易被風破壞也易被拔出，反之，含水量低的土壤剪應力與土根之間的連結力較強，卻會造成樹幹會斷裂。

  4. 研究方法 1.植物與地點 植物:Populus trichocarpa(楊毛果) Populus deltoides(美州黑楊) 地點特性:位於西南法，種植密度為一公頃200棵 海拔37m，年雨量820mm，此地盛行西南風， 風速4.5m/s，黏質性砂土(69% sand、21%黏土、 10% 壤土)，地下水位1.2 m。 當地土壤經過五天105c烘乾得: 土壤含水量21.7±1.4%(美州黑楊)，21.7±0.9%(楊毛果)

  5. 2.根系: 將被風影響之樹幹(5%傾斜)挖出來後，量取主跟、側根 (長度、側根角度、側根與主根之方位角、根徑) 再將量出來的數值放入ARCHIROOT中以及使用AMAP MTG 產生3d影像。 楊毛果 美州黑楊

  6. 3.模擬模型: (1)輸入Abaqus 之參數 (2)網格大小及敏感度分析 四種:256、720、1372、2976元素 (3)材料敏感度分析: 利用 來分析土壤(c、、)及根力學因子。

  7. Clay Clay Sand 現地實驗 現地實驗 Sand 結果 楊毛果的抗拉拔力平均為8.75kN，而美州黑楊平均為13.5kN

  8. 根系 楊毛果:主根長1.11m、直徑0.31m、平均值為32.0±0.02mm 115根根數、總根長94m、總根體積0.12m3 美州黑楊:主根長0.95m、直徑0.34m、平均值為55±0.04mm 82根根數、總根長82m、總根體積0.21m3 網格 O:楊毛果 X:美州黑楊 --:網格與cpu之關係

  9. wind wind 迎風面應變量較大 迎風面根系比較接近地面減少土壤壓力。

  10. wind Clay wind Clay 土壤中模擬後之位移場

  11. Sand 永久變形 sand 土壤中模擬後之位移場

  12. 0.27 0.5 敏感度極小不影響 0.26 敏感度

  13. 結論 • 美州黑楊抗拉拔力較楊毛果高30%，原因在於有較大側根，雖然楊毛果有較多小的側根和根數，所以沒有較大的錨定強度。 • 在現地實驗和數值模擬中影響拉拔抗力的主要原因為:較高的根體積、多數的大的側根。 • 從這次模擬中，雖然根的結構為構成錨定力之主要因素，然而我們可以發現土壤中的c值(凝聚力)也是個重要的影響因子。 • 模擬中，將根的強度變換只影響了些微抗傾倒力。

  14. The end

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