直剪试验中土体含水率对根系失效方式的影响

王余靖， 周利军， 王云琦†， 李洪飞， 李 通， 王鑫皓

(1.北京林业大学水土保持学院 重庆三峡库区森林生态系统教育部野外科学观测研究站，100083，北京； 2.北京林业大学水土保持学院 重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站，100083，北京； 3.长江流域水土保持监测中心站，420010，武汉； 4.重庆市北碚区林木种苗站，400700，重庆)

根系固土机理的研究是生态工程护坡技术的重要研究单元[1]。土体剪切过程中，根系与土体之间的摩擦作用可以激活根系的轴向受力，从而抑制土体剪切，增加根土复合体的抗剪强度[2]，因此了解根土之间的作用及根系失效方式对于根系增加抗剪强度的估计至关重要。

近40年内，三大固土模型Wu-Waldron模型[1]、FBM模型[2]和RBM模型[3]的提出和发展标志了根系固土机理的认知和应用水平，期间除了对根系逐渐断裂过程[2]、根系的变形位移[1]、根系的结构参数[4]的考虑外，以Wu模型中“所有根系同时断裂的”假设条件合理性的论辩最为瞩目，“根系不可能同时断裂”的事实也得到了普遍认可。如Gray等[5]含根砂土的直剪试验中发现，根系主要发生拉出或拉伸而很少发生断裂，拉伸应力仅发挥了抗拉强度的25%，这也在肖宏彬等[6]的研究中得到验证。可见对根系实际失效方式了解合理假设是影响固土模型精度的关键。通常，根土之间的作用可概括为3种方式[7]：第一是根土之间的有机胶质、黏液等生化胶结作用，第二是根土相互摩擦作用，第三是粗壮根系的刚性抵抗产生的剪切作用，在忽略胶结作用的情况下，大多数细根可视为柔性纤维，其固土作用来自于摩擦和加筋作用。……