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近几十年来,植物护坡技术已经获得大量的工程应用,但是在根系护坡机制研究方面还需更加深入的研究。尤其大部分学者在做根系护坡方面的数值模拟时,只是简单地将根系当作锚杆,并没有对根系复杂地生长过程和形态作出正确的反映。论文以草本植物根系生长为研究对象,依据植物生理形态学理论及植物根系微观上的自相似性和自适应性,基于拓扑优化原理及L-系统理论构建根系生长的模拟模型,表达草本根系构型的拓扑结构。结合黑麦草种植试验及对根系生长参数的量测,抽象出黑麦草根系形态及生长规律的规则描述。在此基础上,进行根系加固浅层边坡的相关数值模拟,探讨根土相互作用机理,评价不同条件加固效果,并提出根系与土相互作用对边坡浅表层土体稳定性影响的估算方法,主要成果和结论如下:(1)在广泛收集国内外有关资料,总结前人研究成果的基础上,对研究草本根系固土机制所需的理论进行了归纳,主要包括植物根系生长发育的构形原理和草本植物根系固土的加筋理论,为草本根系形态模拟及根土相互作用机制的研究奠定了基础。(2)以常用的草本护坡植物黑麦草根系生长为研究对象,通过种植试验抽象出了黑麦草根系形态及生长规律的规则描述。依据植物生理形态学理论及植物根系微观上的自相似性和自适应性,基于拓扑优化原理及L-系统理论构建了黑麦草根系形态及生长模型。(3)通过拉拔试验测定了黑麦草根系不同生长时期的抗拉强度,发现随着根系的生长,根抗拉强度会增大,但增大速率越来越慢,而后稳定于12.5Mpa左右;通过直剪试验测定了不同生长时期素土及根土复合体强度指标的变化规律,发现复合体强度增长规律同根系生长函数规律近似一致。(4)利用黑麦草根系形态模拟结果,结合室内试验所得素土与根系力学参数,运用数值模拟软件建立含根土的直剪模型,按不同时期根系分布形态模型分别进行直剪模拟,将模拟计算所得力学参数与同时期取样试验所得力学参数进行对比,发现二者差异较小,验证了根系模拟结果的可靠性。(5)运用数值模拟软件建立浅层边坡以及加根系边坡模型,按不同根系种植密度、不同时期根系形态、不同坡角条件研究根与土在自重条件下对生态边坡表层土体位移及稳定性的影响,评价了各种条件下的加固效果,并建立了根系种植密度、根系生长时间、以及边坡坡角与边坡稳定性系数关系的估算式。通过本文的研究,探讨了黑麦草根系生长形态模型,分析了黑麦草根系加固浅层边坡的力学机制,评价了各种条件下黑麦草根系对土质边坡浅表层的加固效果,为植物护坡工程提供了一定的理论依据。