生态防护技术是随着世界范围内高速公路建设而兴起的一门工程技术。与传统的工程防护技术不同,生态防护技术充分利用植物自身特点并结合必要的工程防护起到工程建设与环境保护兼顾的目的。在越来越重视环境保护和生活质量的今天,生态防护已成了公路边坡防护的一种趋势,代表着边坡防护的发展方向。 高速公路边坡生态工程在我国目前没有成功的经验和定型的模式,更无技术规范可循。目前生态防护技术研究主要集中在对施工工艺以及水土保持学的研究,忽略了坡面植物根系的工程力学行为及与植物防护与工程防护相结合防护的研究,导致防护理论远远落后于防护技术应用的发展,制约生态防护技术在边坡工程中的应用。本文基于湖北省交通厅科技项目(孝(感)—襄(樊)高速公路边坡防护和生态恢复技术研究与应用课题),在对现有生态防护理论及应用的相关资料研究的基础上,采用多种研究方法和理论,系统的研究了边坡生态防护的力学效应。评价了工程防护和生态防护方式的经济效益;从微观的角度研究根系——土壤复合体的宏观力学性质;通过现场试验,研究了根系的力学性质、根系——土壤复合体和土壤的抗剪强度以及两者的抗水蚀能力;通过计算机模拟试验,研究了土壤和根系——土壤复合体的应变。结果表明,生态防护对加固土壤、保护边坡体有可支持的力学依据,能够有效的提高土壤的力学性质。 在理论研究中,采用复合材料理论的研究方法,通过细观力学等效模型来分析描述根系土的宏观力学性能,以及其细观结构与宏观性能之间的关系。分析表明,复合体的力学性质与各组分(即土壤、根系)力学性质以及各组分的体积分数存在一定关系。一般情况下,复合体的各力学常数与各组分的力学性质或根系的体积分数正相关。 在现场试验中,通过对土和根系土的抗剪强度、根系的抗拉强度、根系土的抗水蚀能力几个方面的试验研究,分析根系对土壤的强度加固作用。抗剪强度研究表明,根系的加入减小了复合体的最小主应力,使复合体的的抗剪强度增强;抗水蚀试验表明根系对土的加固作用,减少了土的流失。 在虚拟试验中,通过有限元模拟土壤、根系——土壤复合体的单轴压缩试验,分析两种土壤在相同应力状态下的不同应变,比较他们的弹性模量,进一步分析根系的加固作用。试验结果表明,在相同应力状态下,根系——土壤复合体的应变比土壤小;通过反算各弹性模量,复合体的弹性模量高于土壤的,尤其在根系长度方向作用比较明显。