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近年来,由降雨引发的滑坡事故频发,土体降雨入渗过程和植被根系生态加固机理研究对边坡稳定性分析至关重要。本文综合运用理论分析、模型试验和数值模拟,研究了更符合湿润区含水量分布特征的非饱和降雨入渗模型,以及降雨入渗条件下植物根系吸水和加筋作用对边坡加固的影响机理。主要成果如下:(1)根据含水量的不同,将入渗过程中土壤剖面划分为饱和区和非饱和过渡区,并基于Seep/W有限元软件模拟入渗过程,研究饱和区和非饱和过渡区深度随入渗时间的变化规律,提出了可以表征饱和区深度占湿润锋深度的比例(R)随入渗时间(t)变化的函数,即湿润区分区函数R(t),该函数可拟合为三参数指数形式,并采用MATLAB软件构建BP神经网络建立了拟合参数的预测方法。(2)采用等效渗透系数(k_s’)表征整个湿润区的渗透特性,推导了关于比例R的等效渗透系数公式。基于湿润区分区函数和等效渗透系数建立了改进的Green-Ampt(GA)入渗模型,将改进的GA模型计算结果与传统的GA模型计算结果、数值模拟计算结果和实验数据进行对比,结果表明改进的GA模型可以得到更精确的入渗量及湿润锋深度与降雨时间的关系。(3)搭建了边坡降雨模型试验平台,进行了裸露和生态边坡降雨对比试验,研究了金叶女贞根系吸水作用下的边坡加固机理。试验表明根系吸水作用可提高边坡土体吸力,且当边坡深度大于根系长度时,吸力受根系吸水作用的影响越来越小,边坡饱和度越高时,根系吸水作用越不明显;同时土水特征曲线分析表明根系吸水作用提高了边坡土体的持水能力,进而影响边坡稳定。(4)开展室内试验研究了根系加筋作用下的边坡加固机理,得出金叶女贞根系抗拉强度与直径呈负相关;根系加筋可有效提高土体强度,且对土体粘聚力的增强效果较为显著,对内摩擦角影响较小;当保持根系其他变量相同时,根系直径、根系分布密度、单根长度越大,根系加筋土的抗剪强度越大;根系分布角度会影响根系的加筋效果,水平放置的根系加筋土抗剪强度最大。(5)基于降雨条件下的生态边坡数值分析,获得了根系特征对边坡加固效果的影响规律。得出随着根土粘结强度的增大,生态边坡安全系数先逐渐增大,后逐渐趋于稳定;根系直径越大、分布越密集、根系越长,生态加固边坡水平位移越小;且随着根系长度的增大,边坡潜在滑裂面逐渐向深层移动。