植物根系對(duì)淺層邊坡的水文力學(xué)加固研究

陳雪冬 李尤亮 楊 旸

（1.云南省麗江市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,云南 麗江 674100；2.云南省水利水電科學(xué)研究院,昆明 650228；3.中國(guó)電建集團(tuán) 昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,昆明 650000；4.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院,南京 210098）

淺層滑坡具有發(fā)生頻率高、分布范圍廣等特點(diǎn)[1],是工程建設(shè)領(lǐng)域一直關(guān)注的問(wèn)題之一.植物通過(guò)根系加固土體,可防治淺層滑坡和水土流失,且具有綠色環(huán)保、投入低和生態(tài)效益好等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛運(yùn)用在邊坡防護(hù)工程中[2-3].

目前,在根系加固土體研究中,學(xué)者主要側(cè)重于力學(xué)加固,其根系力學(xué)加固效應(yīng)主要依靠抗拉強(qiáng)度來(lái)提高土體的抗剪強(qiáng)度[4].為量化根土體的抗剪強(qiáng)度,學(xué)者們進(jìn)行了根系抗拉試驗(yàn)[5-6]和根土體原位剪切試驗(yàn)[7-8],相繼提出了WU/Waldron模型[4,9]、纖維束模型（Fiber Bundle Model,FBM）[10]和根束增強(qiáng)模型（Root Bundle Model,RBM）[11-13]等力學(xué)模型,采用試驗(yàn)及理論模型等方法對(duì)根土體抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了量化研究.這些研究表明,根系顯著提高了土體抗剪強(qiáng)度.在力學(xué)試驗(yàn)和理論模型的基礎(chǔ)上,學(xué)者們做了大量的研究去調(diào)查植物根系對(duì)邊坡的力學(xué)加固效果.學(xué)者們通常將根系固土能力量化為土體附加黏聚力cr,從而采用數(shù)值計(jì)算方法量化植物根系對(duì)邊坡的力學(xué)加固效果[5,14-15].Temgoua等[5]在根系單根抗拉試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用三維有限元法分析了森林邊坡的力學(xué)穩(wěn)定性.Yang等[14]在無(wú)限抗壓試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,調(diào)查了草本植物對(duì)邊坡的力學(xué)加固效應(yīng).及金楠等[15]應(yīng)用二維有限元模擬造林邊坡的應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng),分析了其穩(wěn)定性.這些研究結(jié)果均表明植物根系能夠通過(guò)力學(xué)加固有效提高邊坡穩(wěn)定性.

降雨是誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的主要因素,由于降雨入滲,改變了原土體力學(xué)物理性質(zhì).研究發(fā)現(xiàn),土體吸力降低,會(huì)引起土體抗剪強(qiáng)度降低[16],最終導(dǎo)致邊坡失穩(wěn).然而,植物可以通過(guò)自身的蒸騰作用,提高土體吸力,進(jìn)而增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度[17-18],所以植物不僅可通過(guò)力學(xué)作用加固邊坡,還可通過(guò)水文作用加固邊坡.目前在植物根系固土研究中水文對(duì)植物邊坡的加固效應(yīng)研究相對(duì)較少.為研究植物的水文力學(xué)加固效應(yīng),學(xué)者們基于不同水文和力學(xué)模型開(kāi)發(fā)了不同的計(jì)算框架[19-22].Arnone 等[19]通過(guò)根系拓?fù)淠Ｐ秃蛅 RIBS-VEGGIE水文模型[23]研究了喬木與灌木的水文力學(xué)加固效應(yīng).Chirico等[24]通過(guò)Wu/Waldron模型和土體非飽和滲流模型研究了植物對(duì)邊坡淺層土體穩(wěn)定的作用.通過(guò)這些框架,學(xué)者們量化了水文力學(xué)對(duì)邊坡聯(lián)合加固的效果,結(jié)果表明,同時(shí)考慮水文力學(xué)加固比僅考慮力學(xué)加固可獲得更高的邊坡安全系數(shù).但這些研究未能充分地說(shuō)明水文和力學(xué)加固各自對(duì)邊坡安全系數(shù)的影響.因此,為更好地研究水文力學(xué)加固,需深入研究水文和力學(xué)加固對(duì)植被邊坡穩(wěn)定性的相對(duì)貢獻(xiàn),以更好地發(fā)揮植物根系對(duì)淺層邊坡的加固效益.

為研究植物根系水文力學(xué)效應(yīng)對(duì)淺層邊坡的加固作用,通過(guò)建立數(shù)值模型耦合了植物根系水文力學(xué)對(duì)淺層邊坡的加固作用.采用該模型量化了植物對(duì)邊坡土體基質(zhì)吸力和安全系數(shù),研究降雨入滲對(duì)植物邊坡穩(wěn)定性的影響,以及植物力學(xué)和水文加固邊坡的相對(duì)作用.最后,通過(guò)對(duì)水文力學(xué)參數(shù)的敏感性分析,討論了各參數(shù)對(duì)植物邊坡穩(wěn)定性的影響.研究結(jié)果可為采用植物對(duì)淺層邊坡進(jìn)行水文力學(xué)加固提供指導(dǎo).

1 理論及方法

為量化植物根系對(duì)淺層邊坡的水文力學(xué)加固作用,本文首先通過(guò)修正的Wu/Waldron模型[24]量化植物根系黏聚力cr,采用土體-水-大氣-植物模型（SWAP）[25]進(jìn)行瞬態(tài)滲流分析,確定土體基質(zhì)吸力分布,最終通過(guò)無(wú)限邊坡模型[26-27]進(jìn)行植物邊坡穩(wěn)定性分析.

1.1 土體植物邊坡力學(xué)加固模型

在根系護(hù)坡研究中,Mohr-Coulomb 破壞準(zhǔn)則[19,28-29]的根土體抗剪強(qiáng)度表示如下:

式中:τ為根土體的抗剪強(qiáng)度;cr為根系黏聚力;cs為土體的有效黏聚力為土體有效應(yīng)力;φ′為土體有效內(nèi)摩擦角.

進(jìn)行根系護(hù)坡穩(wěn)定分析,目前學(xué)者主要采用Wu/Waldron模型[4,9]來(lái)計(jì)算cr.Wu/Waldron 模型基本概念清晰、表達(dá)簡(jiǎn)單、運(yùn)用方便,廣泛應(yīng)用于評(píng)估根系土體黏聚力.為簡(jiǎn)化計(jì)算,研究采用修正的Wu/Waldron模型[24],根系黏聚力cr為:

式中:Tr為穿過(guò)受剪面根系的平均抗拉強(qiáng)度;kRAR為根面積比,為穿過(guò)土體剪切面所有根系的截面面積與土體剪切面的面積之比;k1為偏差修正系數(shù),取0.4[24,30].

1.2 植物邊坡水文加固模型

1.2.1 土體水動(dòng)態(tài)模型

土體-水-大氣-植物模型（SWAP）已廣泛運(yùn)用于模擬植物邊坡土體水動(dòng)態(tài)特性[25].采用修正的一維Richards方程模擬非飽和條件下土體-水-大氣-植物之間的交互行為,修正的一維Richards方程表示為:

式中:k為滲透系數(shù)（m/s）;h為基質(zhì)吸力水頭（m）;x和z分別為水平方向和豎直方向坐標(biāo)（m）;θ為體積含水量（%）;t為時(shí)間（s）;S（z）為源匯項(xiàng).

1.2.2 土體水力學(xué)特性

為描述非飽和土體入滲行為,采用Van Genuchten模型（VG）[31]來(lái)描述非飽和土體的水力特性.Van Genuchten關(guān)于土-水特征曲線（SWCC）和水力傳導(dǎo)方程（HFC）表達(dá)式為:

式中:θ為體積含水率（%）;h為壓力水頭（m）;θr為殘余體積含水量（%）;θs為飽和體積含水量（%）;α和n為曲線形狀參數(shù),且n＞1,α的單位是（m－1）;m＝1－1/n;K為滲透系數(shù)（m/s）;Ks為飽和滲透系數(shù)（m/s）.

1.2.3 植物蒸騰量

植物蒸騰量采用植物根系吸水模型進(jìn)行計(jì)算[24],其表達(dá)式為:

式中:ξ（ψ）為植物蒸騰折減函數(shù),取值范圍為0到1;Tp為最大蒸騰速率.在公式（6）中,β（z）為根系形態(tài)函數(shù),Zhu等[22]研究表明植物根系形態(tài)分布對(duì)根系吸水的影響較小,因此采用均勻分布的根系形態(tài),均勻分布根系形態(tài)函數(shù)表達(dá)式為:

式中:zr為植物根系深度（m）.

ξ（ψ）采用Feddes公式[18]進(jìn)行計(jì)算,其表達(dá)式為:

式中:ψo(hù)s為厭氧點(diǎn)的土體吸力（kPa）;ψws為根系吸水降低點(diǎn)的土體吸力（k Pa）;ψwilt為植物萎蔫點(diǎn)的土體吸力（kPa）.實(shí)際的蒸騰速率Et,為土體表面到最大根深處根系吸水的總和,因此實(shí)際蒸騰速率可以表示為:

1.3 植物邊坡穩(wěn)定模型

對(duì)于多數(shù)因降雨誘發(fā)的滑坡,其破壞面往往較淺且與坡面平行[26-27].同時(shí),植物根系主要對(duì)淺層邊坡進(jìn)行加固[21].當(dāng)邊坡潛在滑動(dòng)面的深度與邊坡長(zhǎng)度之比很小時(shí),一般深長(zhǎng)比小于0.1,可把邊坡當(dāng)作一個(gè)無(wú)限邊坡進(jìn)行分析[32].因此,本文采用無(wú)限邊坡模型對(duì)植物邊坡穩(wěn)定進(jìn)行模擬.Lu等[26]提出了一種非飽和穩(wěn)定滲流條件下無(wú)限邊坡穩(wěn)定性的廣義框架.該框架允許地下水位位于地表以下的任何深度,以及在穩(wěn)定滲透條件下地下水位以上土體吸力和含水量的變化.無(wú)限邊坡模型如圖1所示,邊坡安全系數(shù)（Fs）按以下公式計(jì)算:

圖1 植物無(wú)限邊坡模型

式中:cs為土體有效黏聚力（k Pa）;γ為土體重度（k N/m3）;z為土體深度;β為邊坡角度;σs為土體吸引力;φ′為土體有效摩擦角.

土體吸力σs可以用標(biāo)準(zhǔn)體積含水量表示[26]:

式中:θ為土體體積含水量;θr為土體殘余體積含水量;θs為土體飽和體積含水量;S為土體飽和度;Sr為土體殘余飽和度;ua為孔隙氣壓力;uw為孔隙水壓力.

對(duì)于植物邊坡,根土體的黏聚力為（cr＋cs）.因此植物邊坡的安全系數(shù)可以改寫(xiě)為:

利用三角恒等式重新改寫(xiě)上式得:

式中:第1項(xiàng)為內(nèi)摩擦角對(duì)邊坡穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)值;第2項(xiàng)為根土體黏聚力對(duì)邊坡穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)值;第3項(xiàng)為土體吸力為邊坡穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)值.

2 數(shù)值分析

2.1 計(jì)算模型與邊界條件

選取一角度為30°,高2 m,根系深度zr為0.5 m的植物無(wú)限邊坡.地下水位面5 m,坡頂為流量邊界.假設(shè)植物邊坡種植草本植物,植物完全覆蓋邊坡土體,土體的蒸發(fā)量忽略不計(jì).

2.2 模型參數(shù)

植物邊坡土體的水文力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 土體水文力學(xué)參數(shù)

考慮到植物水文效應(yīng)對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響,對(duì)邊坡進(jìn)行10 d的植物蒸騰干燥.同時(shí)為反映降雨對(duì)植物邊坡的影響,在邊坡干燥10 d后,進(jìn)行了6 h的降雨模擬,降雨強(qiáng)度取6.8×10－3m/h,降雨全部入滲.

3 結(jié)果與討論

3.1 植物對(duì)土體基質(zhì)吸力的影響

3.1.1 植物增加土體基質(zhì)吸力

為得到植物根系對(duì)土體基質(zhì)吸力的作用效果,計(jì)算了邊坡土體經(jīng)過(guò)10 d干燥后的基質(zhì)吸力,各工況下邊坡基質(zhì)吸力分布如圖2所示.

圖2 裸坡與植物邊坡的基質(zhì)吸力分布

從圖2中可以看出,邊坡初始最大基質(zhì)吸力為29.00 k Pa.經(jīng)過(guò)10 d干燥后,裸坡最大基質(zhì)吸力為38.95 kPa;對(duì)于植物邊坡,當(dāng)Tp＝1.0×10－7m/s時(shí),土體最大基質(zhì)吸力為49.17 k Pa;當(dāng)最大蒸騰速率Tp＝1.5×10－7m/s時(shí),土體最大基質(zhì)吸力為65.28 k Pa.經(jīng)分析計(jì)算得出根土區(qū)土體基質(zhì)吸力平均增量如圖3所示.相對(duì)初始條件,裸坡基質(zhì)吸力平均增加了23.64%;對(duì)于植物邊坡,當(dāng)最大蒸騰速率Tp＝1.0×10－7m/s時(shí),土體基質(zhì)吸力平均增加了43.83%;當(dāng)最大蒸騰速率Tp＝1.5×10－7m/s時(shí),土體基質(zhì)吸力平均增加了71.27%.

圖3 根土區(qū)土體基質(zhì)吸力增量

3.1.2 降雨對(duì)邊坡土體基質(zhì)吸力的影響

為研究降雨對(duì)植物邊坡土體基質(zhì)吸力的影響,計(jì)算了邊坡土體在經(jīng)過(guò)10 d干燥和6 h降雨后的基質(zhì)吸力.從圖2可以看出,經(jīng)過(guò)6 h降雨后,邊坡土體基質(zhì)吸力顯著減小.其中,裸坡最大基質(zhì)吸力減小為20.26 k Pa.植物邊坡Tp＝1.0×10－7m/s時(shí),土體最大基質(zhì)吸力減小為23.31 kPa;當(dāng)Tp＝1.5×10－7m/s時(shí),土體最大基質(zhì)吸力減小為27.05 kPa.從圖3可以看出,相對(duì)初始條件,經(jīng)過(guò)6 h降雨,裸坡土體基質(zhì)吸力平均減小了19.71%,即降雨降低邊坡土體基質(zhì)吸力影響顯著.而植物邊坡Tp＝1.0×10－7m/s,根土區(qū)基質(zhì)吸力僅平均減小了9.08%,特別是Tp＝1.5×10－7m/s時(shí),根土區(qū)的基質(zhì)吸力還存在3.75%的基質(zhì)吸力增量.

3.2 植物水文力學(xué)加固效應(yīng)

3.2.1 提高邊坡安全系數(shù)

植物根系對(duì)邊坡的水文力學(xué)加固,有效提高了邊坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù),如圖4～5所示.圖4為裸坡和植物邊坡安全系數(shù)分布,圖5為根土區(qū)邊坡平均安全系數(shù).

圖4 裸坡與植物邊坡安全系數(shù)分布

圖5 根土區(qū)邊坡平均安全系數(shù)

由圖4知,裸坡經(jīng)過(guò)10 d干燥后,邊坡最大安全系數(shù)為1.80.對(duì)于植物邊坡,Tp＝1.0×10－7m/s時(shí),植物邊坡最大安全系數(shù)為3.50;Tp＝1.5×10－7m/s時(shí),植物邊坡最大安全系數(shù)為3.55.圖5表明裸坡經(jīng)過(guò)10 d干燥后,根土區(qū)平均安全系數(shù)為1.77.對(duì)于植物邊坡,Tp＝1.0×10－7m/s時(shí),根土區(qū)平均安全系數(shù)為3.44;Tp＝1.5×10－7m/s時(shí),根土區(qū)平均安全系數(shù)為3.48.

3.2.2 降雨對(duì)植物邊坡穩(wěn)定性的影響

為研究降雨對(duì)植物邊坡穩(wěn)定性的影響,對(duì)比了邊坡在干燥10 d和降雨6 h后的安全系數(shù),從圖4～5可以看出,經(jīng)歷6 h降雨后根土區(qū)安全系數(shù)均減小.邊坡經(jīng)歷6 h降雨后根土區(qū)安全系數(shù)減小率見(jiàn)表2.

表2 經(jīng)歷6 h降雨后根土區(qū)安全系數(shù)減小率

對(duì)于安全系數(shù)最大值,裸坡減小了9.83%,植物邊坡減小了5.94%,植物邊坡（Tp＝1.0×10－7m/s）減小了6.15%.對(duì)于安全系數(shù)平均值,裸坡減小了7.76%,植物邊坡減小了4.07%,植物邊坡減小了4.02%.因此,降雨對(duì)植物邊坡穩(wěn)定性的影響小于對(duì)裸坡的影響.這是由于降雨后,植物邊坡的基質(zhì)吸力減小率遠(yuǎn)小于裸坡（圖3）,同時(shí)植物邊坡比裸坡能夠保持更高的基質(zhì)吸力（圖2和圖3）,從而植物邊坡能保持更高的抗剪強(qiáng)度.

3.2.3 水文力學(xué)效應(yīng)對(duì)邊坡安全系數(shù)貢獻(xiàn)

3種加固方式下植物邊坡安全系數(shù)增量如圖6所示.

圖6 不同加固方式安全系數(shù)增量

從圖中可以看出,相對(duì)于裸坡,只考慮力學(xué)加固效應(yīng)邊坡安全系數(shù)提高了1.38倍,而考慮水文力學(xué)加固效應(yīng)邊坡安全系數(shù)提高了1.97倍,因此植物根系通過(guò)水文和力學(xué)效應(yīng)能顯著提高了邊坡穩(wěn)定性.另外,水文加固安全系數(shù)提高了59%,力學(xué)加固提高了1.38倍.力學(xué)效應(yīng)大約是水文效應(yīng)的2倍.

3.3 敏感性分析

根據(jù)公式（13）,考慮水文力學(xué)加固的植物邊坡穩(wěn)定分析,邊坡穩(wěn)定貢獻(xiàn)主要包括土體內(nèi)摩擦角、根土體黏聚力和土體吸力.另外,邊坡角度、干燥時(shí)間和最大蒸騰速率對(duì)外界條件對(duì)植物邊坡的穩(wěn)定具有較大影響.為評(píng)估各參數(shù)對(duì)植物邊坡穩(wěn)定性的影響,分別將各參數(shù)增加15%、30%和減小15%、30%計(jì)算植物邊坡安全系數(shù).圖7為不同參數(shù)對(duì)植物邊坡安全系數(shù)的影響.

圖7 不同參數(shù)對(duì)植物邊坡安全系數(shù)的影響

從圖7（a）中可以看出,隨著邊坡角度增加,邊坡安全系數(shù)隨之減小,因此較大的邊坡角度對(duì)植物邊坡穩(wěn)定性不利.從圖7（b）～（e）可以看出,隨著干燥時(shí)間、根土體黏聚力、內(nèi)摩擦角和最大蒸騰系數(shù)增加,邊坡安全系數(shù)隨之增加.其中,從擬合線可以看出,根土體黏聚力（斜率0.47）和內(nèi)摩擦角（斜率0.59）對(duì)邊坡安全系數(shù)的影響較大.研究表明,植物根系主要影響根土體的黏聚力,而對(duì)內(nèi)摩擦角的影響較小[35].因此,在植物邊坡工程中,為了獲得更高的邊坡穩(wěn)定性,應(yīng)該優(yōu)選根系抗拉強(qiáng)度高和根面積比大的植物作為護(hù)坡植物.另外,更高的最大蒸騰速率也能獲得更高的安全系數(shù),因此應(yīng)該優(yōu)選蒸騰速率大的植物作為護(hù)坡植物.

4 討論

通過(guò)量化土體基質(zhì)吸力和邊坡安全系數(shù),研究了植物對(duì)邊坡的水文力學(xué)加固效應(yīng).從圖1和圖2可以看出,經(jīng)過(guò)10 d 干燥,裸坡最大基質(zhì)吸力為38.95 k Pa,植物邊坡（Tp＝1.5×10－7m/s,下同）最大基質(zhì)吸力為65.28 kPa;相對(duì)初始條件,裸坡基質(zhì)吸力平均增加了23.64%;而植物邊坡,土體基質(zhì)吸力平均增加了71.27%.Zhu等[22]通過(guò)對(duì)植物邊坡2 d干燥,發(fā)現(xiàn)邊坡土體表層基質(zhì)吸力提高了12 k Pa,故植物根系能夠顯著提高土體基質(zhì)吸力.經(jīng)過(guò)6 h降雨后,裸坡根土區(qū)基質(zhì)吸力平均減小了19.71%,但植物邊坡根土區(qū)的基質(zhì)吸力還存在3.75%的基質(zhì)吸力增量.相似地,Ng等[36]和Zhu等[22]均發(fā)現(xiàn),降雨后植物邊坡比裸坡具有更高的基質(zhì)吸力.因此,植物根系在干燥和降雨條件下均能為邊坡土體保持更高的基質(zhì)吸力.

從圖4和圖5看出,裸坡經(jīng)過(guò)10 d干燥后,邊坡最大安全系數(shù)為1.80,根土區(qū)平均安全系數(shù)為1.77;植物邊坡最大安全系數(shù)為3.5,根土區(qū)平均安全系數(shù)為3.48.因此,植物通過(guò)水文力學(xué)加固顯著提高了邊坡穩(wěn)定性.經(jīng)歷6 h降雨后,裸坡和植物邊坡的安全系數(shù)最大值和平均值均減小,但植物邊坡的減小率小于裸坡.這是由于降雨后,植物邊坡的基質(zhì)吸力減小率遠(yuǎn)小于裸坡（如圖6所示）,植物邊坡比裸坡能夠保持更高的基質(zhì)吸力（如圖2～3所示）,從而植物邊坡能保持更高的抗剪強(qiáng)度.因此,降雨對(duì)植物邊坡穩(wěn)定性的影響小于裸坡,植物邊坡比裸坡能保持更高的安全系數(shù).另外,同時(shí)考慮水文力學(xué)加固效應(yīng)邊坡安全系數(shù)是僅考慮力學(xué)加固效應(yīng)的1.43倍,其中水文加固安全系數(shù)提高了59%,力學(xué)加固提高了1.38 倍（如圖6所示）.力學(xué)加固效果大約是水文加固效果的2倍.采用WU/Waldron模型量化根土體的抗剪強(qiáng)度cr,但研究發(fā)現(xiàn)該模型往往高估了cr,學(xué)者們[10,33,37]發(fā)現(xiàn)其預(yù)測(cè)值比真實(shí)值高出1.49～14.3倍不等.因此,真實(shí)情況中,水文加固效應(yīng)對(duì)邊坡安全系數(shù)應(yīng)有更高的貢獻(xiàn).

從參數(shù)敏感性分析結(jié)果可看出,邊坡角度對(duì)安全系數(shù)的影響最大,增大邊坡角度對(duì)安全系數(shù)是不利的,在植物護(hù)坡工程中應(yīng)當(dāng)選擇一個(gè)較緩的邊坡角度.增加干燥時(shí)間、根土體黏聚力、內(nèi)摩擦角和最大蒸騰系數(shù)能夠提高植物邊坡安全系數(shù),其中根土體黏聚力和內(nèi)摩擦角對(duì)邊坡安全系數(shù)的影響較大.研究表明,植物根系主要影響根土體的黏聚力,而對(duì)內(nèi)摩擦角的影響較小[35].在植物邊坡工程中,若植物根系能提供更多的附加黏聚力cr,則植物邊坡可獲得更高的安全系數(shù).因此如公式2所示,應(yīng)該優(yōu)選根系抗拉強(qiáng)度高和根面積比大的植物作為護(hù)坡植物.另外,更高的蒸騰速率也能獲得更高的安全系數(shù),研究發(fā)現(xiàn)植物的蒸騰速率與植物葉面積指數(shù)呈正比[21],在植物邊坡工程中應(yīng)優(yōu)選葉面積指數(shù)大的植物作為護(hù)坡植物.

5 結(jié)論

為研究植物邊坡水文力學(xué)加固效應(yīng),通過(guò)建立數(shù)值模型耦合了植物根系水文力學(xué)對(duì)淺層邊坡的加固作用,在量化植物邊坡土體基質(zhì)吸力和安全系數(shù)的基礎(chǔ)上,研究了降雨入滲對(duì)植物邊坡穩(wěn)定性的影響,以及植物力學(xué)和水文加固邊坡的相對(duì)作用.最后,對(duì)水文力學(xué)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析,討論了各參數(shù)對(duì)植物邊坡穩(wěn)定性的影響,得出以下主要結(jié)論:

1）相對(duì)于裸坡,經(jīng)過(guò)干燥后植物能夠顯著提高邊坡土體基質(zhì)吸力和安全系數(shù),降雨后植物邊坡土體能保持更高基質(zhì)吸力和安全系數(shù).

2）考慮水文力學(xué)加固效應(yīng)邊坡安全系數(shù)是只考慮力學(xué)加固效應(yīng)的1.43倍,其中水文加固安全系數(shù)提高了59%,力學(xué)加固提高了1.38倍,力學(xué)加固效果大約是水文加固效果的2倍.

3）增加干燥時(shí)間、根土體黏聚力、內(nèi)摩擦角和最大蒸騰系數(shù)能夠提高植物邊坡安全系數(shù);在植物邊坡工程中,應(yīng)該優(yōu)選根系抗拉強(qiáng)度高、葉面積指數(shù)和根面積比大的植物作為護(hù)坡植物.