高速公路在建设过程中,土石方的开挖产生了大量路堤、路堑边坡,导致地表裸露、水土流失、生态环境破坏等问题。近年来,随着环境保护意识的逐渐加强,路基边坡绿色柔性防护体系建设得到了迅猛的发展。由于根-土之间相互作用的复杂性,绿色柔性防护体系的设计计算主要停留在经验模型与定性分析上,理论基础远远落后于工程建设的发展。基于此,本文主要以植物根系力学、水力两个方面作用为切入点,通过单根拉伸与直剪试验定量分析了根系含量对于土体剪切强度参数的影响,修正了已有的理论计算模型并提出了根系土剪切强度增量简化计算方法;另外采用有限元方法分析了植物根系加筋、锚固、吸水作用对于边坡稳定性的影响。主要研究内容如下:（1）对长度相等的龙葵、灰灰菜、苦苣菜、狗牙根四种植物根系样本进行了单根拉伸试验,得到了各自的应力-应变曲线关系,并比较了单根的抗拉强度以及破坏特征,建立了抗拉强度与直径之间的函数关系。结果表明,四种根系平均抗拉强度从大到小为:灰灰菜,狗牙根,龙葵,苦苣菜;植物根系抗拉强度与直径呈现幂函数负相关关系,即单根直径越大,抗拉强度反而越小。（2）对三种不同含水率下的原状根系土进行了直剪试验,定量分析了根系含量对于土体剪切强度大小以及强度参数的影响,并将试验结果与Wu模型计算值进行了比较,提出了理论模型修正系数;另外测定了植物根系在空间的分布形式,推导了植物根系土剪切强度增量随深度分布的简化计算方法。结果表明,复合土体的黏聚力随着根系含量（以横截面积比RAR衡量）的增加近似呈现线性增长,而摩擦角保持常数;高速公路边坡进行设计时宜将Wu模型中K值修正为0.2;在采用归一化表达式对根系空间分布进行描述的基础上,可以通过本文推导的简化计算公式求解任意深度处的根系剪切强度增量。（3）在考虑植物根系分布随深度变化的基础上,定义了根系附加黏聚力增量随深度变化的分段函数,并采用有限元方法分析了根系类型（素土、草本、灌木、乔木）、边坡几何形状（高度、坡度）对于边坡稳定性的影响。结果表明,乔木由于根系发达,附加黏聚力数值以及根系影响深度均较大,故而对于边坡有最大的加固效果;植被边坡的安全系数随着边坡高度的增加呈现幂函数减小趋势,安全系数随着边坡坡度的增加呈现线性减小。（4）在考虑根系结构、空间分布的前提下,建立了根-土相互作用的有限元三维模型,并进行了边坡稳定性分析。结果表明,根系长度在超过潜在滑裂面后才能起到有效地加固作用;植物根系与坡面夹角在80o-120o之间时,植被边坡有最佳的加固作用效果;根系位于边坡中、下部的加固效果明显大于上部,同时交错分布较均匀分布的作用效果也更为明显。（5）通过定义四种不同根系的形函数,以源汇项的方式添加到非饱和土体渗流方程中进行求解,分析了根系吸水作用时间、根系形态、深度对于孔隙水压力分布的影响,并定量计算了边坡安全系数。结果表明,四种不同形态植物根系的孔隙水压力以及安全系数比的包络线形状与根系分布形函数呈现一致性;在根系含量相同的情况下,植物根系深度越大,那么根系吸水影响范围也越大,但是相应的浅层水平方向的根系含量减小,对于土体剪切强度的提高作用就越小,边坡稳定性增量也越小。