根系形态和层次结构对根土复合体力学特性影响研究

植物根系的结构特征包括形态和层次结构,对根土复合体力学特性影响显著。通过开展黑麦草生长参数测试及直剪试验,获得了不同时期根土复合体的力学特征;采用自主研发的MechRoot程序建立了符合黑麦草根系结构特征的根土复合体模型,研究黑麦草不同形态和层次结构根系在直剪过程中的轴力水平以及占比情况,阐明了根系形态与层次结构对根土复合体力学特性影响及固土作用机理。研究表明:植物根系能明显提高土体的强度,根土复合体的抗剪强度增加主要是由黏聚力增加引起,增幅最大达4.99 kPa;随根系形态复杂程度增加,剪切过程中根系能够调动更大范围土体抵抗剪切变形,根系周围的剪切带和塑性区分布范围不断增加,并向根系周围集中,根土复合体的抗剪强度提高;根土复合体剪切过程中,各层次根系发挥作用逐渐变化,一级根、二级根、三级根的轴力水平分别为3.87,1.50,0.15 N,随根系生长发展,二级根、三级根参与到根系固土作用的比例不断增大,最大贡献分别为43.69%,13.80%。