土体孔隙水压力孔隙水压力产生的机理

①压力条件形成的孔隙水压力，如静止地下水水体下土中的静水压力；又如渗流引起的孔隙压力，其值可根据渗流理论，绘出流网，求出测压管水头而得。

②荷载作用在土体内形成的孔隙水压力。如在压缩试验或剪切试验中，荷载加到土体试样上，引起孔隙水压力，它们常称为超静水压力或超孔隙水压力。

土体孔隙水压力是指土中由孔隙水所承担或传递的压力，又称中性应力、孔隙压力。土内孔隙是连续的，因此，饱和土中孔隙水压力也是连续的。

鉴于常规三轴试验有局限性，使得孔隙水压力的室内测定值与现场值可能有较大差异。因此，对于重要工程，常要进行现场原位孔隙水压力观测 。2100433B

生态岩土学理论分析

解析解是一种常用的理论分析方法。吴宏伟教授团队推导了新解析解，引入不同植物根系形状（均布形、三角形、指数形和椭圆形）吸水的影响，考虑不同植物根系形状对土体孔隙水压力分布及边坡稳定的影响，为实际工程应用中，考虑植物的水力作用对边坡稳定性的设计提供了一种新的方法。

此外, 基于商业有限元软件或者自主开发的有限元程序代码，可以数值模拟植物根系的吸水特性对土体吸力分布的影响规律。通过改进已有土体的本构模型, 能够模拟植被土体在干湿循环作用下的弹塑性变形特性，预测植被土的持水能力。考虑植物根系作用的土体持水能力曲线模型能够用来分析边坡稳定中的土体水力参数，从而更科学合理地研究植物根系对浅层边坡稳定的影响。

生态岩土学物理模型（离心机试验）

离心机实验技术（图3）已经被广泛运用在边坡工程稳定性研究。使用离心机建立模型进行边坡稳定性研究的主要优点是，可以通过提高模拟的重力加速度级别（g-level）, 让小尺度物理模型处在与原型相应的力学状态下, 从而有效模拟原型边坡的稳定性。Sonnenberg等（2010）使用离心机在15g状态下，采用真实的植物，研究植物对边坡的加固作用。在实验开始前，植物的枝叶部分被全部切掉，植物的蒸腾作用为零。因此他们的实验仅能研究植物的力学加筋作用。植物蒸腾作用可以提高土体吸力，但是植物蒸腾作用产生的吸力与植物的力学加筋对边坡的稳定性的影响尚未清楚。离心机实验技术提供了比现场实验更好的控制测试环境，能更好地了解土体与植物相互作用对边坡稳定的影响机理。

图3 香港科技大学离心机全景图 图4离心机模型与测量点布置

生态岩土学室内试验

室内试验的模型体量较小，试验成本较低，方便开展系列研究进行对比分析，有助于对物理机理得出规律性的认识。在研究植物的力学加筋作用和水力作用时，可利用大气环境控制室（atmospheric-controlled room）。例如，图5显示的是香港科技大学大气环境控制室， 该环境控制室能有效的控制温度、湿度以及植物生长所需的光照强度。实验中温度范围为21-25摄氏度，湿度范围为50-60%，人工太阳光辐射能约为5兆焦/平方米/天。

图 5香港科技大学的两间大气环境控制室

生态岩土学现场试验

现场试验中，其材料特性、荷载状况和边界条件等较为接近实际工程情况，易于模拟实际工程问题。图6是香港科技大学生态公园（HKUST Eco-Park），主要由两块实验场地组成。其中一块是面积为10米 × 6米的平地, 另一块是2米高的边坡, 边坡由两种不同坡度组成：22°和33°, 研究植被种类（树、灌木、草）对平´地和斜坡土体吸力的影响规律。图7是深圳下坪填埋场试验基地，斜坡面积为20米 × 12米, 平地面积15米 × 10米, 研究自然环境下植物对填埋场覆盖系统服役性能的影响。

图6 香港科技大学生态公园全景 图7 下坪垃圾填埋场封场全景