植物根系长度对生态袋加筋土挡墙稳定性的影响

周云艳，钱同辉，宋 鑫，王晓梅，朱 笑，李小龙

植物根系长度对生态袋加筋土挡墙稳定性的影响

周云艳1，钱同辉1※，宋 鑫2，王晓梅1，朱 笑1，李小龙1

（1. 中国地质大学工程学院，武汉 430074；2. 中建一局集团建设发展有限公司，北京 100020）

在生态型加筋土挡墙中，植物根系能发挥立体加筋效果。为了探索植物根系对生态袋加筋土挡墙的作用效果，该研究对不同根系长度（无根系、生态袋内根系伸出袋外10、20和30 cm）的4组生态袋加筋土挡墙模型进行加载试验。因植物根系不易取材，易枯萎失去强度，而棕榈叶不易枯萎且枯萎后仍然具有较大的抗拉强度，试验中用棕榈叶来替代植物根系。研究了挡墙水平位移、面墙后水平土压力、加筋体末端水平土压力、筋材拉应变随根系长度和荷载增加的变化规律。通过试验发现：4组模型试验中水平位移、面墙后水平土压力、加筋体末端水平土压力、格栅拉应变随荷载增加的变化规律基本一致，相同荷载作用下，相比无根系时，含根系的挡墙中4个参量的值均减小，且随着根系长度的增加，值减小得越多。其中水平位移、面墙后及加筋体末端的水平土压力3种参量在加载初期减幅较小，在加载后期，减幅大大提高。说明根系增加了生态袋面墙的整体刚度，根系对面墙后土体起到了加筋作用，使得加筋土挡墙的承载能力提高，加筋土挡墙内部和外部的稳定性增加。随着根系长度增加，这种增强作用越明显。最后对4种参量受根系长度影响的敏感性进行了分析，得到4种参量的敏感性从大到小依次为：面墙后水平土压力、水平位移、加筋体末端水平土压力、格栅拉应变。该研究结果为生态型加筋土挡墙的工程设计提供理论支撑。

植物；稳定性；根系；生态袋；加筋土挡墙

0 引 言

近年来，随着经济建设的高速发展，工业与民用建筑、开矿、水利、筑路等工程建设的大面积开挖破坏了原有的地表植被，从而加速了生态环境的恶化。传统的硬质坡面支挡结构单纯考虑结构对边坡稳定性的贡献，而忽略了对周围环境的恢复和协调作用。在人们越来越注重环保的今天，如何将支挡结构的稳定与生态环境保护有机结合，形成有效的综合防护体系的需求已经迫在眉睫，生态袋加筋土挡墙作为一种将生态护坡和维护工程安全二者有机结合的新型支挡结构型式应运而生，其既保证了边坡稳定又兼顾了边坡生态环境[1]。目前，生态袋加筋土挡墙得到越来越广泛的应用，越来越多高速公路、铁路的边坡采用生态袋加筋土挡墙作为支挡结构。

生态袋是由聚丙烯（PP）或者聚酯纤维（PET）为原材料制成的双面熨烫针刺无纺布加工而成的袋子，具有透水性能及满足植物生长的等效孔径，对植物根系友好、易于植物生长。柔性生态袋加筋土挡墙指的是由填土、土工格栅、面层（用填充种植土的生态袋堆砌而成）及植物构建的统一支挡结构体系[2]。其采用生态护面，面层为分层堆砌的填充种植土的生态袋（袋与袋之间采用三角内锁扣相互连接以提高面层的稳定性），改变了以往挡墙刚性面层的效果。植物通过生态袋自由生长，一方面起到绿化、环保、改善生态环境的作用；另一方面不断生长的植被根系可以发挥不断深入的立体加筋效果，根系穿过袋体如无数根锚杆嵌入到加筋土石和基础土壤中，随着根系固着力的增强，将使原加筋挡土结构内部及外部稳定性进一步提高，且时间越长越稳定。同时，植被株冠及落叶还可以为裸露的筋材提供保护，减缓土工合成材料的光热老化，从而实现生态保护与挡墙稳定性增长之间的良性循环。针对刚性面层加筋土挡墙，国内外学者已经开展了大量的试验和理论研究。Bhattacharjee等[3-8]针对筋材长度、间距、墙面结构等对加筋土挡墙变形性能的影响进行了试验研究，得出不同墙面结构的加筋土挡墙的变形性能存在一定差异；Michalowski等[9-11]针对加筋土挡墙的破坏机理进行了离心模型试验、极限加载等试验研究，徐鹏等[12-13]采用解析计算方法对挡墙的破坏模式进行了理论分析，指出加筋土挡墙内部及外部稳定性破坏的形式与墙面结构、筋材长度、间距等相关。Masoud等[14-18]采用循环加载试验、振动台试验及数值模拟的方法对加筋土结构的动力特性进行了研究，指出加筋土挡墙因其柔性具有很好抗震性能。针对柔性加筋土挡墙，有部分学者也对其开展了一定研究。刘泽等[1,19-20]等对生态型加筋土挡墙动静力学特性进行了试验研究，指出由于生态袋加筋土挡墙的面层具有柔性特征，其受力性能比普通刚性加筋土挡墙的受力性能更加复杂。然而目前生态袋加筋土挡墙的设计中大多套用普通硬质加筋土挡墙的理论和方法，理论落后于工程实践，因此开展生态袋加筋土挡墙的理论研究具有十分重要的意义。另一方面，植物根系具有很好的固土护坡作用。Hossein等[21-23]研究了植物根系的加筋作用，得到根系能提高土体的抗剪强度、增加边坡稳定性。Schwarz等[24-25]通过拉拔试验等研究了植物根系固土的力学效应。国内很多学者也通过拉拔试验[26]、三轴剪切[27-28]、直剪试验[29-30]、数值模拟[31-33]等研究了植物护坡作用机理、指出根系具有固土增强作用、减蚀作用。因根系的固土作用，当根系长满生态袋，将增加生态袋面墙的整体性和刚度，而根系伸出袋外进入生态袋后土层中将发挥立体加筋效果，根系必将对生态袋加筋土挡墙的受力性能产生影响，但目前的设计中没有考虑植物根系的护坡作用。为了更加全面、客观、系统地探讨柔性生态袋加筋土挡墙的受力性能，考虑植物根系的作用是非常必要的。本文拟通过室内模型试验来探讨植物根系对生态袋加筋土挡墙受力的影响，并揭示植物根系对生态袋加筋土挡墙稳定性的增强作用，以期为工程设计提供理论支撑。

1 室内模拟试验

1.1 试验设计

为了研究植物根系对生态袋加筋土挡墙的影响，本文共进行了4组模型试验，分别是生态袋中无根系、生态袋内有根系且根系伸出袋外进入生态袋面层（面墙）后土层中10、20和30 cm长4种情况。本次模型试验以高速公路边坡的生态袋加筋土挡墙为研究对象，为了模拟加筋土挡墙顶部的行车荷载，对生态袋加筋土挡墙模型进行往复3次的竖向加载试验。竖向荷载通过液压千斤顶分级施加，每级荷载增量为20 kPa，施加每级荷载后，观测挡墙的变形，当变形稳定后再施加下一级荷载，当加载至极限荷载的80%（约160 kPa）后，逐渐卸载至0，再以相同方法重复加载2次，分别测读每次加载的试验数据，然后取平均值。为提高加载精度，在千斤顶下面装有称重传感器。通过设置在挡墙内外的元器件来测试柔性生态袋加筋土挡墙的变形特征、土压力分布特征和土工格栅应变的发展规律。因棕榈叶易取材、抗拉强度高、不易枯萎，且枯萎后仍然具有一定的抗拉强度，试验中用棕榈叶来替代植物根系。利用抗拉试验仪测定每层棕榈叶的轴向刚度。

试验模型以绍诸高速公路的生态加筋土挡墙实体工程为原型，根据相似性原理，按比例1:10确定本试验挡土墙尺寸为1.6 m×0.6 m×0.9 m（长×宽×高），挡土墙坡度为70°。柔性生态袋加筋土挡墙面板采用土工格栅反包生态袋，每2个生态袋作为一层反包形成挡土墙的柔性面板。挡土墙内埋设有12个土压力盒（3个水平放置用来测定竖向土压力；9个竖向放置用来测定水平土压力），埋设3层土工格栅，土工格栅上连接有应变片用于测定土工格栅的应变。挡墙墙顶放置2个竖向百分表，来测定挡土墙的竖向变形，在面墙上沿高度方向架设3个水平向百分表，用来测定面墙的水平变形，从下往上依次为第1层、第2层和第3层，如图1所示。

1.百分表 2.生态袋 3.土压力盒（竖向放置） 4.土压力盒（水平放置） 5.应变片 6.土工格栅 7.格栅反包 8.连接棒 9.千斤顶 10.称重传感器 11.分配梁 12.加压钢板 13.60 mm厚黏土封闭层

1.2 模型制作

模型箱采用槽钢、钢板制作，其尺寸为1.6 m长× 0.6m宽×1.2 m高（因挡墙顶部有60 mm厚黏土封闭层、加压钢板等，同时为了方便安装百分表等底座将高度增加0.3 m），其中顶面和一个侧面为临空面，顶面临空便于放置加压钢板，使用液压千斤顶在挡土墙顶部施加竖向荷载，侧面临空面为生态袋柔性面板，真实模拟实际工程中挡土墙的受力。本次试验模型挡墙采用人工夯实的方法进行填筑，每层夯实厚度控制在10 cm，每一层填筑完毕后，利用填土密实度检测仪进行检测，使密实度达到95%。填料为黏土，其容重和饱和容重分别为17和18 kN/m3，粘聚力为25 kPa，内摩擦角为21°。最优含水率为12.6%，最大干密度为1.98 g/m3。

试验采用尺寸为815 mm×510 mm（长×宽）的生态袋，将生态袋中装入过10 mm筛后的种植黏性土，袋口用扎带扎结，扎结后的生态袋尺寸为600 mm× 350 mm×150 mm（长×宽×高）。本试验共采用6个生态袋，每2个生态袋作为一个加筋层用土工格栅反包，每个加筋土层高度为30 cm，反包长度为50 cm，每层平铺土工格栅长度为100 cm，见图1所示。生态袋与生态袋之间用连接器连接。

考虑到如果将应变片直接粘贴在土工格栅栅格上，栅格起拱可能使应变片与格栅分离，故土工格栅应变的测量采用等代测试原理，即由钢片局部代替测量段的土工格栅，将应变片贴在钢片上，并在应变片外层套PVC管进行保护。在每一反包层0.3 m高的填土中部埋设4个土压力盒，其中3个竖向埋置，1个水平埋置，竖向埋置时土压力盒光滑受力面朝向挡墙填土（即背离临空面），水平埋置时光滑面朝上。3个竖向埋置的土压力盒分别位于生态袋后、该层土工格栅末端，及两者间的中间位置处，水平埋置的土压力盒位于中间位置处，见图1所示。埋设时需确保坑洞内没有尖锐的砾石，并在四周布满细砂做保护层。为防止土压力盒与导线接头处破坏，在导线端先套一小段塑料管，再在接头处套一PVC管的弯头进行保护。棕榈叶的埋置，先往生态袋里装入部分土，再在生态袋侧面剪8～10个小孔，每个孔中插入10根棕榈叶，然后再将余下的土全部装入生态袋内。

2 结果与分析

2.1 面墙的水平位移分析

在模型挡墙生态袋面墙上沿墙高分别安装了3个百分表，分别用来测挡墙第1层、第2层和第3层处的水平位移（图2）。图2a为根系伸出袋外30 cm时挡墙不同高度处的水平位移随荷载增加的变化曲线。分析可知，模型挡墙各层的水平位移变化规律相似，随着荷载增加均逐渐增大，当荷载小于80 kPa时，挡墙的水平位移基本呈线性变化，当荷载增大到100 kPa时，墙顶竖向荷载的影响程度大幅增加，挡墙的水平位移增幅明显增大。第2层的水平位移最大，即墙面中部的位移最大，其次是上部，下部的水平位移最小。墙面水平位移最大值出现在挡墙的中上部，整体呈鼓出状态。

注：L-0对应生态袋中无根系；L 10、 L 20、L 30分别对应根系伸出袋外10、20、30 cm。下同。

图2 b为各生态袋加筋土挡墙中部（第2层）水平位移随荷载增加的变化曲线。由图可知，随荷载增加，含根系的生态袋加筋土挡墙中部的水平位移均小于无根系时挡墙中部的水平位移。且荷载较小时，无根系和有根系的挡墙墙面水平位移相差较小，随着荷载的增大，两者的位移相差逐渐增大。根系越长，相同荷载作用下，生态袋加筋土挡墙的水平位移值越小。在160 kPa荷载作用下，无根系生态袋加筋土挡墙中部的水平位移为8.06 mm，根系伸出袋外30、20及10 cm时挡墙中部的水平位移分别为6.38、7.0和7.58 mm，相比无根系时分别减少20.8%、13.2%和6.0%。而在140 kPa荷载作用时，无根系生态袋加筋土挡墙中部的水平位移为5.75 mm，根系伸出袋外30、20及10 cm时挡墙中部的水平位移相比无根系时分别减小了24%、19.8%、12.7%。由此可见，根系的存在增加了柔性面层的整体刚度，相同荷载作用下使得柔性面层挡墙的水平位移相应减少，提高了挡墙的整体稳定性。

2.2 水平土压力分析

2.2.1 挡墙面墙后水平土压力分析

图3 a为不同根长条件下各加筋土挡墙面墙后水平土压力沿墙高的分布对比曲线。从图中可以看出，面墙后水平土压力沿着墙高从上往下逐渐增大，其中挡墙底部的水平土压力增大得更多，整体呈非线性分布，随着荷载的增加挡墙底部的水平土压力相对增大的幅度更大。这主要是因为生态袋的变形会释放墙背处的一部分水平土压力，并且越靠近挡墙上部，受到墙面变形的影响就越大，所以在竖向荷载作用下，墙背处的水平土压力不是线性变化的。从图3 a看出，相同荷载作用下，不同高度处无根系的生态袋加筋土挡墙面墙后水平土压力均大于含根系的生态袋加筋土挡墙面墙后的水平土压力，尤其远大于根系伸出袋外30 cm的情况。

图3 面墙后水平土压力对比

图3b为不同根长情况下加筋土挡墙中部（第2层）面墙后水平土压力随荷载增加的变化曲线。从图中可以看出，不同根系长度面墙后水平土压力随荷载增加而增加，其变化规律基本一致；随着根系长度增加，面墙后水平土压力逐渐减小。在160 kPa荷载作用下，无根系生态袋加筋土挡墙面墙后水平土压力为33.9 kPa，根系伸出袋外30、20及10 cm时加筋土挡墙面墙后水平土压力分别为27.88、30和32.6 kPa，相比无根系时分别减小了17.5%、11.5%和3.8%。而在120 kPa荷载作用时，无根系生态袋加筋土挡墙面墙后水平土压力为23.9 kPa，根系伸出袋外30、20及10 cm时挡墙面墙后水平土压力相比无根系时分别减小了5.78、2.78和1.68 kPa，分别减小了24%、11.6%和7%。面墙背面的水平土压力越小，所铺设筋材受到的拉力就越小，越不容易受破坏，挡墙的内部就越稳定。相同荷载作用下，含根系生态袋加筋土挡墙面墙后水平土压力均比无根系时的面墙后水平土压力减小，则根系的存在增加了生态袋加筋土挡墙内部的稳定性，随着根系的增长，生态袋加筋土挡墙内部越稳定。

2.2.2 挡墙加筋体末端水平土压力分析

图4 a为各级荷载作用下根系伸出袋外30 cm的挡土墙加筋体末端处水平土压力沿墙高的分布曲线。同面墙后水平土压力的变化规律相比，加筋体末端水平土压力沿墙高从上往下更趋近线性增加，沿墙高的非线性变化趋势减弱。各测点的水平土压力随荷载的增大而增加，不同墙高处的测点，水平土压力随荷载的变化规律基本相同。图4 b为不同根系长度的挡土墙底部即第1层的加筋体末端处水平土压力随荷载变化的对比曲线，从图中看出，随着根系长度增加，相同荷载作用下加筋体末端处水平土压力有一定的减小，根系越长减少得越多。但随荷载增大的变化规律基本一致。且随着荷载的增大，含根系的挡墙加筋体末端处水平土压力相比无根系时减小得越多。在160 kPa荷载作用时，无根系生态袋加筋土挡墙加筋体末端水平土压力为71.06 kPa，根系伸出袋外30、20及10 cm时加筋体末端水平土压力相比无根系时分别减小了11.06、7.26和4.86 kPa，分别减小了15.6%、10.2%和6.8%。测得的挡墙加筋体末端的水平土压力即为作用在加筋土挡墙上的外力，所受的外力（水平土压力）越小，加筋土挡墙就越稳定。

图4 加筋体末端水平土压力对比

相同荷载作用下，含根系生态袋加筋土挡墙加筋体末端的水平土压力均比无根系时加筋体末端的水平土压力减小，则根系的存在增加了生态袋加筋土挡墙外部的稳定性，随着根系长度增加，这种增强作用越明显。

2.3 筋材应变分析

试验发现生态袋加筋土挡墙各层土工格栅拉应变沿其铺设方向呈非线性分布，但每层中各测点的拉应变随荷载增大的分布规律基本一致。图5 a为160 kPa荷载作用时不同根系长度的生态袋加筋土挡墙第2层的土工格栅拉应变对比曲线。从图中看出，土工格栅各测点拉应变沿筋长方向呈先增大后减小的单峰值分布，在距离生态袋面墙最远处的拉应变最小，在中部距生态袋面墙0.3 m处的拉应变最大。图5 b为不同根系长度的生态袋加筋土挡墙第2层距面墙0.3 m处的土工格栅拉应变随荷载变化曲线。从图中可以看出，不同根系长度的生态袋加筋土挡墙格栅拉应变随荷载增加的发展规律基本一致，但相同荷载作用下，随着根系长度增加，土工格栅的拉应变呈逐渐减小趋势，这是因为根系起到了一定的加筋作用，分担了一部分土工格栅的拉力。120 kPa荷载作用下无根系加筋土挡墙的格栅拉应变为1.24%，根系伸出袋外长10、20及30 cm的加筋土挡墙的格栅拉应变相比无根系时均减小，其减少所占比例分别为2.4%、6.45%和9.27%。140 kPa荷载作用下相比无根系时，根系伸出袋外长10、20及30 cm的加筋土挡墙的格栅拉应变均减小，其减少所占比例分别为3.7%、6.5%和9.3%。测得的格栅的拉应变越小，表明格栅所受的拉力越小，越不容易破坏，从而增加加筋土挡墙内部的稳定性，提高加筋土挡墙的承载能力。随着根系的增长，这种增强作用越明显。

图5 第2层土工格栅的拉应变对比

2.4 根系长度影响敏感性分析

竖向加载的过程中，在其他条件相同的情况下，随着根系长度增加，含根系的生态袋加筋挡土墙的水平位移、面墙后水平土压力、加筋体末端水平土压力、格栅拉应变这4种参量与无根系生态袋加筋挡土墙相比均相对减小，且根系越长，其相对减小得越多。为了比较根系长度的变化，对水平位移、面墙后水平土压力、加筋体末端水平土压力、格栅拉应变这4种参量影响的敏感性，对4种参量的相对减小百分比与根长进行拟合，比较拟合曲线随根长变化的斜率大小，曲线越陡峭斜率越大，则表明随根系长度增加参量相对减小得越快，对根系长度的变化越敏感。因在加载初期，4种参量的相对减小量均较小，随荷载增加相对减小量均逐渐增大，故选取最后3级荷载进行统计，取它们的平均值来进行拟合。

表1 根系长度影响敏感性分析

注：相比无根系时相对减小百分比取最后3级荷载（120、140、160 kPa）的平均值。

Note: The relative reduction percentage compared to no root takes the average of the last three-stage load (120, 140, 160 kPa).

从表1可以看出，水平位移、面墙后水平土压力、加筋体末端水平土压力、格栅拉应变这4种参量相对无根系时的相对减小百分比与根长间的拟合关系均呈线性关系，决定系数均大于0.9，其拟合曲线的斜率分别为0.60、0.76、0.45、0.33。随根系长度增加，水平位移、面墙后水平土压力相对减小得较快，2种参量对根系长度的变化较敏感；而加筋体末端水平土压力、格栅拉应变相对减小得较慢，2种参量对根系长度的变化较不敏感。4种参量的敏感性从大到小依次为：面墙后水平土压力、水平位移、加筋体末端水平土压力、格栅拉应变。

3 讨论

植物根系增加生态袋加筋土挡墙稳定性的作用机理（机械作用）有 2 个方面：1）加筋作用，即将根系看作加筋材料，含根的土体看作加筋土，根系将约束限制土体的变形，提高土体的强度[27]。根系加筋作用的大小与根系长度、根系直径、根系抗拉强度、根系的分布等密切相关，其影响范围直接和根系长度相关。2）锚固作用，根系具有一定的抗拉强度和抗剪强度，当根系穿过生态袋进入其后土层中时，犹如嵌入土层中的无数根锚杆，锁紧临空的生态袋，使生态袋和土层间相互挤压，紧密形成一个整体，提高了生态袋和土层间、土层与土层间的摩擦阻力，从而使生态袋面墙的整体性和刚度提高。同时随着根系伸入土层中长度的增加，锚固力逐渐增大，使不稳定表层锚固到更深处较稳定的土体中形成整体，从而提高挡墙的整体稳定性。根系穿过袋体伸入土层中的长度是决定其对生态袋加筋土挡墙产生增强作用的一个关键因素。故本文着重考虑了根系伸入土层长度对生态袋加筋土挡墙稳定性的影响。根系伸入土层长度越长，增强作用越明显。相同加载条件下，根系伸出袋外30 cm时，挡墙的水平位移、水平土压力最小，相比无根系时其值减少得最多。从而提高了生态袋加筋土挡墙的承载能力，增加了生态袋加筋土挡墙内部和外部的稳定性。

因植物根系不易取材，易枯萎失去强度，棕榈叶不易枯萎且枯萎后仍然具有较大的抗拉强度，本文中用棕榈叶来替代植物根系进行模拟试验。事实上根系能分泌出一些化学物质，可增强土壤与根系间的接触程度，增大根系和土体之间的粘结强度，而根毛、根瘤菌将增加根系表面的粗糙度，使得根系与土壤间的摩擦力更大[31]，所以实际中根系的增强效果将更显著。

本次模型试验中因试验条件等原因只考虑了水平方向植物根系伸出生态袋外长度的影响，而植物根系在土中的实际分布情况是很复杂的。根系的形态特征、生长方向、根系密度、根系长度、根系直径、根系类型及植物种类等均将会影响植物根系对生态袋加筋土挡墙的立体加筋效果。因此，后期应开展大量的更加复杂的试验以及借助计算机数值模拟技术等来研究探索这些因素的影响，更加真实有效地反映植物根系对生态袋加筋土挡墙的力学效应。

4 结 论

为了保护生态环境，植被被逐渐引入到生态袋加筋土挡墙中，既能起到绿化环保作用，又能起到立体加筋的效果。本文通过对含不同长度的根系和无根系的生态袋加筋土挡墙的模型试验对比分析得到：

1）与无根系生态袋加筋土挡墙相比，随着根系长度增加，相同荷载作用下生态袋加筋土挡墙墙面的水平位移逐渐减小。荷载较小时，无根系和有根系的挡墙墙面水平变形差距较小，随着荷载的增大，两者的变形差距增大。根系增加了生态袋面墙的整体刚度，减少了生态袋加筋土挡墙的水平变形，提高了生态袋加筋土挡墙的稳定性。

2）生态袋加筋土挡墙面墙后及加筋体末端的水平土压力均随着施加荷载的增大而增大，沿着墙高从上往下逐渐增大呈非线性分布，其中面墙后的水平土压力沿墙高分布的非线性更明显。相同荷载作用下，随着根系长度增加，面墙后及加筋体末端的水平土压力均逐渐减小，从而提高了生态袋加筋土挡墙内部和外部的稳定性。

3）不同根系长度的生态袋加筋土挡墙格栅拉应变均随荷载增加而增加，其变化规律基本一致。因根系对土体起到了加筋作用，分担了土工格栅的部分拉力，含根系生态袋加筋土挡墙内土工格栅的拉力均比无根系时所受的拉力减小，根系的存在增加了生态袋加筋土挡墙内部的稳定性及承载能力，随着根系长度增加，这种增强作用越明显。

4）随着植物根系长度的变化，4种参量的敏感性从大到小依次为：面墙后水平土压力、水平位移、加筋体末端水平土压力、格栅拉应变。

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Effects of plant root lengths on stability of ecological bag reinforced retaining wall

Zhou Yunyan1, Qian Tonghui1※, Song Xin2, Wang Xiaomei1, Zhu Xiao1, Li Xiaolong1

(1.,,430074,; 2.&,100020,)

In the flexible ecological reinforced retaining wall, the vegetation can not only play a greening and environmental protection role, but also the growing plant roots have a three-dimensional reinforcement effect. In order to explore the effect of plant roots on stability of the ecological bag reinforced retaining wall, In this study, three round-trips vertical load tests were carried out on four groups of ecological bag reinforced retaining wall models with different root lengths. That were, no root in the ecological bag, and the roots extended out ecological bag of 10, 20 and 30 cm respectively. Palm leaves were selected to replace plant roots in the tests due to plant roots are easy to wilt and lose strength, while palm leaves are not easy to wilt and still have large tensile strength after wilting. The variations of four parameters, horizontal displacement of ecological bag reinforced retaining wall, horizontal earth pressure behind the ecological bag wall-plate and near reinforced body end, the tensile strain of geogrid, were studied with root length and load. The results showed that the variation rules of the four parameters with the increase of load in the four sets of model tests were similar. Through the comparative analysis of the test data, it was found that the presence of roots increased the overall rigidity of the ecological bag wall-plate, under the same load, compared with no root, the horizontal displacement in the three types of retaining walls with different root lengths all decreased, and the more root length increased, the more the values decreased. The horizontal displacement had slightly decrease in load less than 80 kPa, while obviously decrease in load more than 100 kPa. The horizontal earth pressures behind the ecological bag wall-plate without roots in different wall heights were all greater than that of the rooted reinforced retaining wall under the same load, especially the roots extended out the ecological bag of 30 cm. The horizontal earth pressures near reinforced body end and tensile strain of the geogrid had similar trends with the horizontal earth pressures behind the ecological bag wall-plate，and they were gradually decreased under the same load with the root length increased. Then the sensitivities of the four parameters affected by the root length were analyzed, and the sensitivities of the four parameters were in order from high to low as follows: horizontal earth pressure behind the ecological bag wall-plate, horizontal displacement of retaining wall, horizontal earth pressure near reinforced body end, tensile strain of geogrid. The two parameters, horizontal earth pressure behind the ecological bag wall-plate and horizontal displacement of ecological bag reinforced retaining wall, were more sensitive to the change of root length. The results showed that the plant roots could improve the integrity and stiffness of the ecological bag wall-plate, and increased the internal and external stability of flexible ecological reinforced retaining wall. With root length increased, the strengthening effect became more obvious. The successful implement of this research can provide important experimental basis for understanding the nature of the role of plant roots on flexible ecological reinforced retaining walls.

plants; stability; roots; ecological bag; reinforced retaining wall

周云艳，钱同辉，宋鑫，等. 植物根系长度对生态袋加筋土挡墙稳定性的影响[J]. 农业工程学报，2020，36(13)：102-108.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.13.012 http://www.tcsae.org

Zhou Yunyan, Qian Tonghui, Song Xin, et al. Effects of plant root lengths on stability of ecological bag reinforced retaining wall[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(13): 102-108. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.13.012 http://www.tcsae.org

2019-09-22

2020-06-13

国家自然科学基金项目（植物浅细根固土护坡的微细观作用机理研究（41102228）；湖北省交通厅项目（荆宜高速公路边坡绿化基盘材料及工艺研究（2004056056）；绿化植被草籽的选择及施工养护（2004056061）

周云艳，博士，讲师，主要从事岩土工程与边坡防护方面的研究。Email：zhouyunyan369@sohu.com

钱同辉，教授，主要从事地质灾害防治等方面研究。Email：qiantongh@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.13.012

TU 441

A

1002-6819(2020)-13-0102-07