[发明专利]一种植物根系加固边坡土体的剪切强度增量随深度变化的预测方法

权利要求书

1.一种植物根系加固边坡土体的剪切强度增量随深度变化的预测方法，其特征在于，包含下列步骤：

第一步，根据边坡支护需要，考虑坡高、坡度、土层条件，选取植被进行固坡：当边坡坡度大于60°，坡高大于10m，地层为软粘土或膨胀土时，选取木本植物进行边坡加固；当坡度小于60°，坡高小于10m时，选取草本植物根系进行边坡加固；

第二步，根据选取的植物根系类型，在万能试验机上对植物根系进行拉伸试验，得到其抗拉强度参数；

第三步，实地调查研究各种类型植物根系分布规律，建立根系直径随深度的分布规律；

第四步，利用环刀对地表无根系土体和含根系土体进行取样，并进行直剪试验或三轴试验，分别测量其剪切强度，两者差值即为地表根系土体的剪切强度增量；

第五步，结合地表植物根系土体的剪切强度增量和根系直径随深度变化规律，预测任意深度处的剪切强度增量，即：Δτ为任意深度处的剪切强度增量，Δτ₀为地表处的剪切强度增量，H_d为深度，n为常数。

2.根据权利要求1所述的植物根系加固边坡土体的剪切强度增量随深度变化的预测方法，其特征在于，植物根系抗拉强度与直径呈现负幂函数关系，可表示为：

T_r＝m·D^-n

其中，T_r为植物根系抗拉强度，D为植物根系直径，m和n为抗拉强度曲线拟合参数。

3.根据权利要求1所述的植物根系加固边坡土体的剪切强度增量随深度变化的预测方法，其特征在于，各种类型植物根系直径随深度变化的归一化表达式为：

其中，相对深度：H_d＝h/h_max，相对截面面积：R_A＝D²/D₀²，式中：h和h_max分别为根系深度和根系最大深度，D为深度h处的根系直径，D₀为地表处的主干根系直径。

4.根据权利要求1所述的植物根系加固边坡土体的剪切强度增量随深度变化的预测方法，其特征在于，地表根系土体和无根系土体剪切强度的差值即为地表根系土体剪切强度的增量，可表示为：

Δτ₀＝τ₁-τ₀

其中，Δτ₀为地表根系土体剪切强度增量，τ₁为地表根系土体的剪切强度，τ₀为地表无根系土体的剪切强度。

5.根据权利要求1所述的植物根系加固边坡土体的剪切强度增量随深度变化的预测方法，其特征在于，联立地表根系土体剪切强度的增量结果与根系直径随深度变化的模型求解剪切强度增量随深度变化的规律，即可求得任意深度处的根系土体剪切强度增量：

当H_d＜10％时，

当H_d≥10％时，

式中：Δτ₀为地表根系土体剪切强度增量；m,n为植物根系抗拉强度曲线拟合参数，与植物类型相关；H_d为相对深度。

6.根据权利要求1所述的植物根系加固边坡土体的剪切强度增量随深度变化的预测方法，其特征在于，所述的木本植物为刺槐或油松草本植物根系，所述的草本植物根系为狗牙根、黑麦草或迷迭香。