随着生态环境的持续恶化,绿色植物的生态防护形式越来越受到人们的重视,植物根系防治水土流失也成为多学科综合研究的热点问题。边坡生态防护具有抑制坡面径流和增加降雨入渗的作用,同时植被根系作为一种特殊的加筋材料,能有效提高边坡土体的抗剪强度从而影响边坡的稳定,两者共同作用发挥植被的固土防滑效果。目前土质边坡普遍采用植被生态防护,运用时主要考虑其在雨水冲刷防治和水土保持方面的效果,很少考虑植被根系对边坡的雨水入渗和边坡稳定性的影响。开展根土复合体的强度特性和渗透特性的研究,对分析植被边坡稳定性和边坡生态防护提供相应的理论依据。本文在收集大量资料的基础上,从生态护坡力学和水文角度出发,通过室内试验以及数值模拟的方法,研究黑麦草根系对土体抗剪强度及渗透性的改变作用,导致不同降雨条件不同坡比下边坡稳定性变化规律,为今后生态防护边坡的研究及优化设计提供了理论指导及参数支持。本文的主要研究内容与研究成果如下:(1)对不同深度处不同含根量的含黑麦草根系的根土复合土体试样进行了室内变水头渗透试验,通过对比分析含根土样与不含根土样的渗透系数发现,含草根的根土复合体其渗透系数要大于不含根纯土的渗透系数,并且土体深度越小,植被根系含量越高,细根丰富,土体渗透系数增加量越大,最高时含根土样可高出不含根土样近一个数量级。(2)通过对自然条件下生长的含黑麦草根系的根土复合土体进行室内直剪试验以及重塑土室内试验,研究了不同深度位置、不同含根量根土复合体抗剪强度的影响效果。试验结果表明,植物根系能显著提高根土复合体的粘聚力,越接近地表的根土复合体试样含根量越大,其粘聚力增强效果越明显;根系对土体的内摩擦角同样有增强效果,但其影响较小;在相同垂直压力条件下,根土复合体的抗剪强度与其含根量之间有很好的线性关系,其服从摩尔-库伦破坏准则;由于植物根系的生长特性,使根系与土体咬合紧密,而重塑土中仅仅是将直根系与土体结合压实,因此相较于重塑土,原状土的根土间的摩擦力较大。(3)综合考虑草本植物根系对土体的加筋作用及渗透性改变的双重影响,通过有限元分析软件对含植物草根的边坡进行了数值模拟分析,研究了降雨量、降雨历时、边坡坡比等影响因素对植被防护边坡稳定性的影响。数值模拟的结果表明,随着边坡坡率增大,植物根系加筋作用越利于边坡的稳定,边坡自稳能力较差时,植物根系加筋作用越明显;植物根系的加筋作用在降雨初期效果明显,当边坡土体饱和后,其效果明显减弱;有植物边坡在降雨量较小时对边坡稳定性的增强效果最好;相对于无植物边坡,有植物边坡安全系数下降速率随降雨历时的延长相对较慢。