根系和裂隙对土体水力和力学特性影响数值模拟

吴美苏 1 ，周 成 1, 2，王 林 3 ，谭昌明 4 

（1. 四川大学 水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川 成都 610065； 2. 南京水利科学研究院 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室，江苏 南京 210024； 3. 上海浦东新区投资咨询公司，上海 200125；4. 四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院，四川 成都 610041） 

摘 要：为探究根系和裂隙对土体水力及力学特性的影响，利用有限元软件计算降雨过程中裂隙和根土间隙对渗流场的影响， 并以渗流计算结果为基础，分析降雨对根系固土作用的影响，采用分区强度折减法对降雨前后根−土复合体进行直剪试验模 拟，同时考虑了侧根倾角的影响。结果表明，裂隙和根土间隙为雨水入渗提供优先通道，降雨影响深度随裂隙深度增加而增 加；有根系时降雨影响深度由主根深度决定，侧根倾角对其影响较小，考虑根土间隙影响的降雨影响深度相较于无根系工况 增加了 93.3%；根系能显著提高土体的抗剪强度，相对于垂直主根方向的不同倾角，侧根增加土体抗剪强度由大至小依次为 60º、45º、30º侧根和无根系；雨水入渗降低了土体强度，同时削弱了根系固土作用，使得降雨后根-土复合体抗剪强度大幅 降低，是许多植被覆盖边坡仍发生浅层滑动原因之一。 

关 键 词：根−土复合体；裂隙；根土间隙；优先流；力学加筋；数值计算

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