土體孔隙水壓力

①壓力條件形成的孔隙水壓力，如靜止地下水水體下土中的靜水壓力；又如滲流引起的孔隙壓力，其值可根據(jù)滲流理論，繪出流網(wǎng)，求出測壓管水頭而得。

②荷載作用在土體內(nèi)形成的孔隙水壓力。如在壓縮試驗或剪切試驗中，荷載加到土體試樣上，引起孔隙水壓力，它們常稱為超靜水壓力或超孔隙水壓力。

鑒于常規(guī)三軸試驗有局限性，使得孔隙水壓力的室內(nèi)測定值與現(xiàn)場值可能有較大差異。因此，對于重要工程，常要進行現(xiàn)場原位孔隙水壓力觀測 。2100433B

土體孔隙水壓力是指土中由孔隙水所承擔或傳遞的壓力，又稱中性應(yīng)力、孔隙壓力。土內(nèi)孔隙是連續(xù)的，因此，飽和土中孔隙水壓力也是連續(xù)的。

生態(tài)巖土學(xué)理論分析

解析解是一種常用的理論分析方法。吳宏偉教授團隊推導(dǎo)了新解析解，引入不同植物根系形狀（均布形、三角形、指數(shù)形和橢圓形）吸水的影響，考慮不同植物根系形狀對土體孔隙水壓力分布及邊坡穩(wěn)定的影響，為實際工程應(yīng)用中，考慮植物的水力作用對邊坡穩(wěn)定性的設(shè)計提供了一種新的方法。

此外, 基于商業(yè)有限元軟件或者自主開發(fā)的有限元程序代碼，可以數(shù)值模擬植物根系的吸水特性對土體吸力分布的影響規(guī)律。通過改進已有土體的本構(gòu)模型, 能夠模擬植被土體在干濕循環(huán)作用下的彈塑性變形特性，預(yù)測植被土的持水能力?？紤]植物根系作用的土體持水能力曲線模型能夠用來分析邊坡穩(wěn)定中的土體水力參數(shù)，從而更科學(xué)合理地研究植物根系對淺層邊坡穩(wěn)定的影響。

生態(tài)巖土學(xué)物理模型（離心機試驗）

離心機實驗技術(shù)（圖3）已經(jīng)被廣泛運用在邊坡工程穩(wěn)定性研究。使用離心機建立模型進行邊坡穩(wěn)定性研究的主要優(yōu)點是，可以通過提高模擬的重力加速度級別（g-level）, 讓小尺度物理模型處在與原型相應(yīng)的力學(xué)狀態(tài)下, 從而有效模擬原型邊坡的穩(wěn)定性。Sonnenberg等（2010）使用離心機在15g狀態(tài)下，采用真實的植物，研究植物對邊坡的加固作用。在實驗開始前，植物的枝葉部分被全部切掉，植物的蒸騰作用為零。因此他們的實驗僅能研究植物的力學(xué)加筋作用。植物蒸騰作用可以提高土體吸力，但是植物蒸騰作用產(chǎn)生的吸力與植物的力學(xué)加筋對邊坡的穩(wěn)定性的影響尚未清楚。離心機實驗技術(shù)提供了比現(xiàn)場實驗更好的控制測試環(huán)境，能更好地了解土體與植物相互作用對邊坡穩(wěn)定的影響機理。

圖3 香港科技大學(xué)離心機全景圖 圖4離心機模型與測量點布置

生態(tài)巖土學(xué)室內(nèi)試驗

室內(nèi)試驗的模型體量較小，試驗成本較低，方便開展系列研究進行對比分析，有助于對物理機理得出規(guī)律性的認識。在研究植物的力學(xué)加筋作用和水力作用時，可利用大氣環(huán)境控制室（atmospheric-controlled room）。例如，圖5顯示的是香港科技大學(xué)大氣環(huán)境控制室， 該環(huán)境控制室能有效的控制溫度、濕度以及植物生長所需的光照強度。實驗中溫度范圍為21-25攝氏度，濕度范圍為50-60%，人工太陽光輻射能約為5兆焦/平方米/天。

圖 5香港科技大學(xué)的兩間大氣環(huán)境控制室

生態(tài)巖土學(xué)現(xiàn)場試驗

現(xiàn)場試驗中，其材料特性、荷載狀況和邊界條件等較為接近實際工程情況，易于模擬實際工程問題。圖6是香港科技大學(xué)生態(tài)公園（HKUST Eco-Park），主要由兩塊實驗場地組成。其中一塊是面積為10米 × 6米的平地, 另一塊是2米高的邊坡, 邊坡由兩種不同坡度組成：22°和33°, 研究植被種類（樹、灌木、草）對平′地和斜坡土體吸力的影響規(guī)律。圖7是深圳下坪填埋場試驗基地，斜坡面積為20米 × 12米, 平地面積15米 × 10米, 研究自然環(huán)境下植物對填埋場覆蓋系統(tǒng)服役性能的影響。

圖6 香港科技大學(xué)生態(tài)公園全景 圖7 下坪垃圾填埋場封場全景