根土復(fù)合體依賴根系含量的力學(xué)特性及非線性破壞準(zhǔn)則

程 平,李鵬程,鐘彩尹,何 博,吳禮舟

(1.成都理工大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院,成都 610059;2.重慶交通大學(xué) 山區(qū)橋梁及隧道工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400074)

0 引 言

植物根系與土體相互作用形成根土復(fù)合體,對(duì)邊坡產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng),影響邊坡穩(wěn)定性。根含量對(duì)根土復(fù)合體強(qiáng)度特性有著重要的影響,一般而言,根土復(fù)合體中存在最優(yōu)含根量使土體抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大[1-2],可實(shí)現(xiàn)邊坡的機(jī)械加固,延阻邊坡發(fā)生變形破壞。大量研究表明,巖土材料的破壞包線多為非線性,線性破壞只存在于有限的應(yīng)力區(qū)間內(nèi)[3-4]。因此,如何準(zhǔn)確描述根土復(fù)合體隨根系量變化的力學(xué)特性,建立根土復(fù)合體的非線性破壞準(zhǔn)則,是有效分析含植被斜坡失穩(wěn)破壞的關(guān)鍵。

近年來(lái),采用植被進(jìn)行生態(tài)護(hù)坡被廣泛應(yīng)用,植物護(hù)坡的機(jī)理是通過(guò)根莖的水文效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)[5]。雖然根系的加固可以提高邊坡穩(wěn)定性,但植被的超載效應(yīng)也會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響[6],這需要厘清根土復(fù)合體力學(xué)特性與荷載效應(yīng)的關(guān)系?；谀?庫(kù)倫定律的WU模型是最經(jīng)典的根系固土評(píng)價(jià)模型,它認(rèn)為根系主要增加土壤的黏聚力[7-9]。根土復(fù)合體中根系對(duì)土體的增強(qiáng)作用與根系的強(qiáng)度、根系含量、分布特征及土體特性相關(guān)[10-11]。方詩(shī)圣等[12]采用直剪試驗(yàn)分析了含水率和含根量對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響,表明根土復(fù)合體強(qiáng)度在不同含水率下存在不同的最優(yōu)含根量。根系可以顯著改變土壤黏聚力,對(duì)內(nèi)摩擦角影響較小[13]。同時(shí),植物類型的不同,也導(dǎo)致根土復(fù)合體力學(xué)特性存在較大差異[14]。為了更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)根土復(fù)合體的強(qiáng)度特性,許多學(xué)者在WU模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正,提出纖維束模型(Fiber Bundle Model,FBM) 和根束增強(qiáng)模型(Root Bundle Model,RBM),這些模型考慮了根的直徑、力學(xué)特性及空間結(jié)構(gòu)[15-16]。描述根土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度的增加一般是基于力的極限平衡和能量損失原理,按照纖維加筋土的研究思路,將根土復(fù)合體視為土體基本相和加根相的組合,其應(yīng)力-應(yīng)變的變化是兩相材料按一定方式疊加的結(jié)果[17-20]。在巖土材料破壞準(zhǔn)則研究中,摩爾-庫(kù)倫線性強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則被廣泛應(yīng)用,然而,該強(qiáng)度準(zhǔn)則與實(shí)際土體的破壞存在一定誤差,在低應(yīng)力和高應(yīng)力狀態(tài)下,土體強(qiáng)度會(huì)被高估,在中等應(yīng)力狀態(tài)下,土體強(qiáng)度則會(huì)被低估。正是由于土體強(qiáng)度的非線性,其抗剪強(qiáng)度參數(shù)會(huì)隨應(yīng)力狀態(tài)的變化而變化。非線性強(qiáng)度包絡(luò)線能更好地分析邊坡穩(wěn)定性,尤其在邊坡淺層滑動(dòng)區(qū)域,這一區(qū)域的作用力較小[21]。這些研究為有效分析根土復(fù)合強(qiáng)度特性和建立其破壞準(zhǔn)則起到了較好的引導(dǎo)作用。

綜上所述,本文以常見(jiàn)灌木小葉女貞的根系為研究對(duì)象,開(kāi)展不同含根量下的三軸試驗(yàn),獲取根土復(fù)合體應(yīng)力應(yīng)變的變化特征,分析其強(qiáng)度特性和破壞規(guī)律,量化根系含量對(duì)土體抗剪強(qiáng)度的影響,闡釋根系增強(qiáng)土體強(qiáng)度的機(jī)制。建立修正的根土復(fù)合體強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則,通過(guò)根土復(fù)合體三軸試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證該準(zhǔn)則的適用性和有效性。研究可為揭示含植被斜坡的變形破壞提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)域位于四川省盆地西北部的都江堰龍池鎮(zhèn),地處龍門(mén)山斷裂帶,是青藏高原東緣的邊界山脈,發(fā)育有大量斷裂和褶皺。該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,地質(zhì)活動(dòng)頻繁,容易發(fā)生地震、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。該區(qū)域多年平均氣溫為10 ℃,年平均降水量為1 179.4 mm,多集中于3—9月份,降雨是誘發(fā)研究區(qū)發(fā)生滑坡的主要原因。研究區(qū)在2010年8月13日及8月19日發(fā)生了特大山洪泥石流。研究區(qū)地表土壤為粉質(zhì)黏土,主要生長(zhǎng)的植物類型為灌木,植被覆蓋率為60%～80%。

1.2 根系與土壤

本試驗(yàn)選用的根系為典型灌木小葉女貞(圖1),該類植物喜光照、耐寒,其主根粗壯堅(jiān)韌,須根發(fā)達(dá),吸水效果較好,能有效固土截流,可作為良好的生態(tài)護(hù)坡植物。試驗(yàn)選用的土料為粉質(zhì)黏土,土體干密度為1.628 g/cm3,土壤含水率為最優(yōu)含水率16.22%,土壤液限和塑限分別為33.50%、17.40%。

圖1 小葉女貞根系

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)選用的根段直徑為1.5 mm,長(zhǎng)度為60 mm,根系分布及試驗(yàn)原理如圖2所示,圓柱體試樣尺寸為Φ50 mm×100 mm。根土復(fù)合體中根系含量分別為0.12%、0.24%、0.36%,對(duì)應(yīng)根的數(shù)量為3、6、9根,考慮邊坡失穩(wěn)過(guò)程中滑坡推移力的作用,圍壓σ3分別設(shè)置為200、600、1 000 kPa。自然界中,土層在長(zhǎng)期自重應(yīng)力作用下基本完成固結(jié),邊坡失穩(wěn)通常發(fā)生在降雨過(guò)程中,土體水分難以排除。因此,本試驗(yàn)設(shè)置的條件為固結(jié)不排水(CU),加載速率為0.08 mm/min,軸向應(yīng)變達(dá)到試樣高度的20%時(shí)停止加載。每一份試樣稱取339 g土和65.64 g水,將黏土和水充分混合,然后將樣品密封,靜置12 h使土壤完全浸濕。土壤需分層加入壓實(shí)筒中,用鑷子將新鮮的根插入預(yù)定位置,最后進(jìn)行壓實(shí)處理。將制備好的試樣放入真空飽和缸中充分飽和,然后在三軸壓力室內(nèi)裝樣和充水,對(duì)試樣施加圍壓。軸向加載系統(tǒng)施加軸向壓力可在試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生偏應(yīng)力。最后通過(guò)電腦的操作系統(tǒng)控制試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)三軸剪切。試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)GDS三軸儀自動(dòng)獲取。

圖2 根系分布及三軸試驗(yàn)原理

2 結(jié)果與分析

2.1 主應(yīng)力差與軸向應(yīng)變曲線的關(guān)系

繪制不同圍壓下素土和根土復(fù)合體主應(yīng)力差與軸向應(yīng)變的關(guān)系曲線(圖3)。研究表明,三軸試驗(yàn)中土體的抗剪強(qiáng)度與主應(yīng)力差成正比,主應(yīng)力差可以反映抗剪強(qiáng)度。由圖3可知:

圖3 不同圍壓下根土復(fù)合體與素土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

(1)無(wú)論是素土還是根土復(fù)合體,應(yīng)力-應(yīng)變曲線都不存在明顯的峰值,表現(xiàn)為持續(xù)硬化。在變形初期,主應(yīng)力差的增加速率較快,素土與根土復(fù)合體試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線較為接近;當(dāng)軸向變形>2%時(shí),曲線變化緩慢,剪切強(qiáng)度變化較小。當(dāng)軸向應(yīng)變相同時(shí),根土復(fù)合體曲線的斜率大于素土,表明達(dá)到相同的軸向應(yīng)變,根土復(fù)合體需要施加更大的應(yīng)力。這是由于根系具有抗拉能力,分擔(dān)了部分荷載,限制了土體的軸向變形。在應(yīng)變較大時(shí),根系處于完全拉伸狀態(tài),其抗拉能力也達(dá)到峰值,為根土復(fù)合體提供了附加黏聚力,達(dá)到相同的軸向應(yīng)變則需要更大的應(yīng)力。

(2)相同應(yīng)變時(shí),根土復(fù)合體的主應(yīng)力差更大,這表明根土復(fù)合體比素土強(qiáng)度更高,含植被的斜坡比裸坡具有更好的穩(wěn)定性。當(dāng)主應(yīng)力差相同時(shí),根土復(fù)合體的軸向應(yīng)變小于素土,這表明根土復(fù)合體抵抗變形的能力更強(qiáng)。圍壓可以限制試樣的橫向變形,從而提高土體抗剪能力。

2.2 破壞模式分析

圖4給出了根土復(fù)合體試樣在三軸壓縮后的破壞模式。

圖4 不同根含量的根土復(fù)合體破壞形式

由圖4可知,試樣破壞時(shí)產(chǎn)生的裂縫多為縱向,大量裂縫垂直,少量裂縫傾斜。破壞部位出現(xiàn)明顯的外凸,兩側(cè)凸出部位呈對(duì)稱狀態(tài),破壞表面粗糙,試樣表現(xiàn)為剪脹破壞。根系的存在使試樣裂紋增加。圍壓較小時(shí),根土復(fù)合體內(nèi)部疏松,強(qiáng)度較低,高圍壓使根土復(fù)合體內(nèi)部更加密實(shí),根系與土壤顆粒接觸充分,增強(qiáng)根土復(fù)合體的強(qiáng)度。對(duì)比同種根含量下不同圍壓的破壞試樣可知,隨著圍壓的增大,試樣破壞面的外凸效果減弱。試樣產(chǎn)生裂紋或發(fā)生破壞的部位主要集中于中上部。對(duì)比同種圍壓下不同根含量的試樣可知,根系可以提高土體抵抗變形的能力,抑制土體發(fā)生變形破壞,圍壓越大,這種效果越明顯。

2.3 抗剪強(qiáng)度分析

抗剪強(qiáng)度是土體的主要力學(xué)性質(zhì)之一,土體是否達(dá)到剪切破壞,不僅與土體本身性質(zhì)相關(guān),還與應(yīng)力組合相關(guān)。根土復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度同樣反映了其抵抗剪切破壞的能力。本試驗(yàn)針對(duì)同一組試樣,在剪應(yīng)力-法向應(yīng)力(τ-σ)平面內(nèi)繪制莫爾應(yīng)力圓和強(qiáng)度包線(圖5),得到抗剪強(qiáng)度指標(biāo)黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ如表1所示。

表1 不同含根量試樣的抗剪強(qiáng)度參數(shù)

圖5 不同根含量的根土復(fù)合體強(qiáng)度破壞包絡(luò)線

由表1可知,根土復(fù)合體的黏聚力隨含根量的增加而增加。與素土相比,0.12%根含量的根土復(fù)合體黏聚力增大了1.25 kPa,增長(zhǎng)率為2.12%;0.24%根含量的根土復(fù)合體黏聚力增大了19.05 kPa,增長(zhǎng)率為32.25%;0.36%根含量的根土復(fù)合體黏聚力增大了38.34 kPa,增長(zhǎng)率為64.91%。然而,內(nèi)摩擦角隨含根量的變化較小,與素土基本一致。這是因?yàn)閮?nèi)摩擦角與土壤顆粒結(jié)構(gòu)相關(guān),根土復(fù)合體中根系含量比土壤質(zhì)量小很多,土壤結(jié)構(gòu)變化不大,因此內(nèi)摩擦角變化不大。黏聚力由根系抗拉強(qiáng)度提供,隨著根系含量的增加,抗拉強(qiáng)度增強(qiáng),根土復(fù)合體黏聚力顯著增加。

為了獲取根土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度參數(shù),需獲得最大主應(yīng)力。按照土工試驗(yàn)要求,當(dāng)應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)為持續(xù)硬化時(shí),若沒(méi)有峰值,一般取軸向應(yīng)變達(dá) 15%時(shí)所對(duì)應(yīng)的偏應(yīng)力差作為試樣破壞時(shí)的偏應(yīng)力差,由此可求得σ1如表1所示。根據(jù)圖5中的強(qiáng)度包絡(luò)線,可求得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

黏聚力、內(nèi)摩擦角與含根量的變化關(guān)系如圖6所示。由圖6可知,黏聚力隨含根量的增加顯著增加,而內(nèi)摩擦角隨含根量的增加變化較小。

圖6 黏聚力、內(nèi)摩擦角與含根量的關(guān)系曲線

2.4 根系加筋原理分析

植物根系對(duì)土體的加筋作用主要是通過(guò)根系與土體之間力的傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)。本試驗(yàn)假定根系垂直分布在土樣中,當(dāng)土體發(fā)生剪切破壞時(shí),根系抵抗剪切變形,可將力分解為垂直于剪切面的法向力和平行于剪切面的水平力。圖7給出了根土復(fù)合體力學(xué)模型,揭示了根土復(fù)合體發(fā)生剪切破壞的特征[22]。

圖7 根土復(fù)合體剪切破壞的力學(xué)模型[22]

根系通過(guò)提供抗拉強(qiáng)度來(lái)提高土體抗剪強(qiáng)度,這一現(xiàn)象也可由經(jīng)典的Wu-Waldron來(lái)解釋,根土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度τr表達(dá)為

τr=c+σtanφ+ΔS。

(1)

式中ΔS為根系引起的剪切強(qiáng)度增量。

對(duì)于發(fā)生剪切變形的根,其傾斜角度為θ。根土復(fù)合體的正應(yīng)力、剪應(yīng)力、ΔS的計(jì)算式分別為:

σr=trcosθ;

(2)

τr=trcosθ;

(3)

ΔS=tr(sinθ+cosθtanφ) 。

(4)

式中tr為抗拉強(qiáng)度。則抗剪強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系可以表述為

τr=c+σtanφ+tr(sinθ+cosθtanφ) 。

(5)

Wu-Waldron模型把剪應(yīng)力轉(zhuǎn)換為拉應(yīng)力計(jì)算,表達(dá)式簡(jiǎn)潔,參數(shù)少,可根據(jù)根的抗拉強(qiáng)度和根面積確定根土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度,也可以較好地描述根系提供的抗拉強(qiáng)度與黏聚力之間的關(guān)系。

對(duì)根土復(fù)合體而言,根土復(fù)合體在圍壓σ3作用下的抗剪強(qiáng)度相當(dāng)于素土在圍壓σ3+Δσ3作用下的抗剪強(qiáng)度,Δσ3被稱為廣義等效圍壓,這也解釋了根系的加筋作用。

由于根系與土體的變形并不完全一致,根系的加筋作用將經(jīng)歷2個(gè)階段:第一階段,應(yīng)變較小,應(yīng)力水平也較低,根系和土體界面之間強(qiáng)度較低,二者產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。采用Machado等[23]提出的纖維滑移函數(shù)fm來(lái)描述根土之間的滑移情況(式(6)),且fm∈[0,1],當(dāng)fm=0時(shí),表示根系與土體完全滑移,不產(chǎn)生粘結(jié)效應(yīng);當(dāng)fm=1時(shí),則表示根系與土體沒(méi)有任何滑移,完全粘結(jié)。由式(6)可知,根系在土體中發(fā)揮作用與平均正應(yīng)力p、廣義剪應(yīng)力q都有關(guān)。根據(jù)王磊等[24]的研究,基于纖維加筋土中纖維和加筋土整體的應(yīng)變關(guān)系,可以得到根土復(fù)合體中根系應(yīng)變?chǔ)舊與根系土整體應(yīng)變?chǔ)胖g的關(guān)系(式(7))。第二階段,應(yīng)變達(dá)到一定程度,根系與土體變形基本一致,根土界面之間強(qiáng)度趨于穩(wěn)定,根系充分發(fā)揮抗拉強(qiáng)度,根土復(fù)合體的破壞由根系的斷裂控制。

(6)

dεf=fmdε。

(7)

同時(shí),根系加筋作用的發(fā)揮與根系彈性模量Ef的發(fā)揮也有著密切的關(guān)系,根系彈性模量發(fā)揮作用階段:第一階段彈性模量隨應(yīng)變呈非線性變化,第二階段趨于穩(wěn)定。

由式(6)、式(7)可知,正是由于根系在土體中發(fā)揮作用需經(jīng)歷2個(gè)階段,根土復(fù)合體的的破壞主要由根土之間的相對(duì)滑動(dòng)控制,在根系滑移階段,根的應(yīng)變隨應(yīng)力的變化是非線性的,這也導(dǎo)致根土復(fù)合體的應(yīng)力應(yīng)變呈非線性規(guī)律。

2.5 初始切線模量與破壞比分析

將根土復(fù)合體試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線用雙曲線模型表示(式(8)),并按[ε1/(σ1-σ3)]-ε1的關(guān)系處理曲線,如圖8所示,同時(shí)對(duì)其進(jìn)行線性擬合。

圖8 不同含根量下根-土復(fù)合體[ε1/(σ1-σ3)]-ε1 關(guān)系曲線

(8)

式中a、b分別為擬合曲線的截距和斜率。

在三軸試驗(yàn)中,dσ2=dσ3=0,對(duì)式(8)求導(dǎo),可得初始切線模量Ei為

(9)

式(9)中,當(dāng)ε1→∞時(shí),可得極限主應(yīng)力差為

(10)

當(dāng)ε1→0時(shí),可得初始切線模量為

(11)

由上可得初始切線模量、偏應(yīng)力與參數(shù)a、b的關(guān)系。

根土復(fù)合體式樣的破壞比T表示為破壞主應(yīng)力差(σ1-σ3)f與極限主應(yīng)力差(σ1-σ3)lim的比值,結(jié)合摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則可得[25]

(12)

由圖8和表2可知,根土復(fù)合體初始切線模量隨圍壓的增大而增大,隨含根量的增加而增加。在含根量較低時(shí),根土復(fù)合體的初始切線模量與素土相差較小,表明少量的根并不能有效控制土體變形。由表2還可看出,破壞比隨圍壓的增大而減小,隨含根量的增加而呈現(xiàn)波動(dòng)增加的趨勢(shì),表明根系可以增強(qiáng)土體抵抗外界荷載的作用。破壞應(yīng)力比的最大值為0.99,最小值為0.63。

表2 切線模量和破壞比計(jì)算結(jié)果

3 根土復(fù)合體破壞準(zhǔn)則分析

土體在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下是否發(fā)生破壞或屈服的判定依據(jù)被稱為屈服準(zhǔn)則和強(qiáng)度準(zhǔn)則。摩爾-庫(kù)倫(M-C)強(qiáng)度準(zhǔn)則是巖土力學(xué)中運(yùn)用最普遍的強(qiáng)度準(zhǔn)則,其表達(dá)式為

τ=c+σtanφ。

(13)

M-C準(zhǔn)則揭示了巖土材料內(nèi)部沿破壞面的抗剪強(qiáng)度與作用在破壞面上的正應(yīng)力有關(guān)。破壞包線可通過(guò)試驗(yàn)確定,當(dāng)巖土材料應(yīng)力狀態(tài)的最大莫爾圓與破壞包線相切時(shí),材料就會(huì)發(fā)生破壞。由式(11)可知,M-C準(zhǔn)則是線性的。然而,在實(shí)際工程中,巖土材料在高應(yīng)力作用下會(huì)呈現(xiàn)非線性。在M-C強(qiáng)度準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上,廣義的非線性強(qiáng)度準(zhǔn)則被提出[26],即

(14)

式中:c0為初始黏聚力;σt為抗拉強(qiáng)度;m為與強(qiáng)度包線曲率有關(guān)參數(shù),其范圍為[1,2]。當(dāng)m>1時(shí),強(qiáng)度包線為一條曲線;當(dāng)m=1時(shí),強(qiáng)度包線為一條直線。

由Wu-Waldron模型可知,根土復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度還與根系有關(guān),將式(5)代入式(14),建立基于M-C模型的根土復(fù)合體強(qiáng)度準(zhǔn)則為

(15)

根系土的強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則需滿足2個(gè)特征,高圍壓作用下根土復(fù)合體的破壞包線近似為直線,低圍壓時(shí)表現(xiàn)為曲線?；谝陨戏治?圖9[27]給出了根土復(fù)合體的強(qiáng)度破壞包線模型。由模型可以看出,存在一個(gè)臨界應(yīng)力[26]將根土復(fù)合體的強(qiáng)度包絡(luò)線分為兩部分:一是由根土相對(duì)滑動(dòng)控制的非線性部分,二是由根系斷裂引起的線性部分。

圖9 根土復(fù)合體強(qiáng)度破壞包線模型[27]

如圖9所示,破壞包線上任一點(diǎn)(σn,τn)的正切值可表示為

(16)

式中:c0+ΔS=c′0為有效黏聚力;φ′n為有效內(nèi)摩擦角。

為了驗(yàn)證根土復(fù)合體非線性破壞準(zhǔn)則的適用性,分別以0.12%、0.24%、0.36%根含量的根土復(fù)合體試樣為例,結(jié)合表1中的試驗(yàn)數(shù)據(jù),m的取值為1.5,σt=310.89 kPa,計(jì)算得到根土復(fù)合體的強(qiáng)度包線如圖10所示。

圖10 不同含根量下根土復(fù)合體的強(qiáng)度包絡(luò)線

由圖10可知,根土復(fù)合體的強(qiáng)度包絡(luò)線與素土相比出現(xiàn)明顯上移,表明根系對(duì)土體強(qiáng)度起到明顯的增強(qiáng)作用。由強(qiáng)度準(zhǔn)則計(jì)算得到的包絡(luò)線反映根土復(fù)合體破壞的非線性特征。低圍壓作用下破壞包線的非線性程度較為顯著,高圍壓作用時(shí),破壞包線呈線性變化,決定線性與非線性變化的臨界應(yīng)力與圍壓有關(guān)。

4 結(jié) 論

本文開(kāi)展了不同含根量下的根土復(fù)合體三軸試驗(yàn),分析了根土復(fù)合體試樣的力學(xué)特性,建立了根土復(fù)合體非線性強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則,驗(yàn)證了本文建立的強(qiáng)度準(zhǔn)則的有效性,主要結(jié)論如下:

(1)根土復(fù)合體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與素土相比出現(xiàn)明顯的上移,表明根系對(duì)土體的強(qiáng)度具有增強(qiáng)作用。主應(yīng)力差隨應(yīng)變的增加速率在初期明顯大于后期。當(dāng)軸向變形>2%時(shí),曲線變化緩慢。達(dá)到相同的軸向應(yīng)變,根土復(fù)合體需要更大的圍壓作用,根系抑制了土體的軸向變形。根土復(fù)合體在不同圍壓作用下,相同應(yīng)變時(shí)的主應(yīng)力差比素土大。根土復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度隨根系含量的增加而顯著增加。根系主要影響根土復(fù)合體的黏聚力,對(duì)內(nèi)摩擦角影響較小。

(2)根土復(fù)合體試樣破壞時(shí)產(chǎn)生的裂縫多為縱向。破壞部位出現(xiàn)明顯的外凸,兩側(cè)凸出部位對(duì)稱,增大圍壓可限制試樣破壞面的外凸。根土復(fù)合體的破壞形式為剪脹破壞,當(dāng)圍壓增大時(shí),剪脹效應(yīng)減弱。

(3)根土復(fù)合體試樣的初始切線模量隨圍壓和含根量的增大而增大,破壞應(yīng)力比最大值為0.99,最小值為0.63。修正了M-C強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則,建立根土復(fù)合體的非線性破壞準(zhǔn)則。計(jì)算結(jié)果表明該準(zhǔn)則能較好地反映低圍壓下破壞包線的非線性和高圍壓下的線性變化規(guī)律,破壞包絡(luò)線線性與非線性變化的臨界應(yīng)力與圍壓有關(guān)。