技术摘要：
本发明涉及岩土工程以及生态工程应用技术领域，特别是一种边坡生态防治稳定性分析方法。本发明通过将草本植物根系加固土体看作是抗剪强度沿深度变化的复合材料，将木本植物根系考虑为根径存在变化且具有一定结构性的锚固体，并将草本植物根系加筋和木本植物根系锚固的  全部
背景技术：
边坡生态防治是指采用种植植物的方式，利用草本植物根系加筋，木本植物根系 锚固，从而提高岩土体的抗剪强度，增大边坡体的抗滑力，减小边坡体的下滑力，从而提高 边坡稳定性，达到防治边坡的效果。 目前，边坡生态防治稳定性分析方法主要分为两类，一类是基于经典边坡稳定性 分析方法(如瑞典条分法)，将草本根系加固土体视为均一增强材料的土体，将木本根系简 化为一根圆柱状锚杆进行边坡稳定性计算分析。另一类，是采用计算机构建虚拟植物根系 形态，利用有限元或有限差分等数值模拟软件将根系力学模型以结构单元的形式建立，从 而实现根系力学模型与岩土体的耦合计算，然后采用强度折减法进行边坡稳定性计算分 析。 但上述方法均具有局限性。在具体的实践过程中发现，草本植物根系具有很强的 结构性，其分布规律直接影响对土体不同深度位置抗剪强度的提升程度，因此上述第一类 方法中将其简化为完全均匀的材料不符合实际，同时，木本植物根系的根径随深度变化明 显，且其力学特性如抗拉强度与根径呈显著的幂函数关系。前一类方法则过度的简化了木 本根系的形态，其圆柱状的等径结构和均一的力学特征也不符合客观规律；而第二类方法 虽然考虑了根系的实际空间形态，但也大多采用根径均一的根系模型，同时，在数值模拟的 实际计算中，由于单个岩土体单元内所包含的结构单元数一般有上限要求，如FLAC3D软件 要求一个单元内只能有一个结构单元，超过一定数量则会降低计算准确性，因此为保证计 算精度，就需要将边坡岩土体的网格单元划分得极密，导致计算过程耗时耗力，同时，考虑 植物根系作用的数值模拟计算中变量极多，微小的误差往往可能导致显著的计算结果偏 差，因此难以被实际工程设计中所广泛采用。
技术实现要素：
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种边坡生态防治稳定性分 析方法。 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为： 一种边坡生态防治稳定性分析方法，包括以下步骤： S1：获取草本植物根系对土体黏聚力提高值与深度的第一映射关系； S2：获取木本植物根系锚固力与锚固深度的第二映射关系； S3：获取土体物理力学参数； S4：建立边坡断面模型，在所述边坡断面模型的基础上设置草本植物根系分布区 域，以及建立木本植物根系的二维分布模型； 5 CN 111581853 A 说　明　书 2/11 页 S5：在所述边坡断面模型中选取一个圆弧面，并对所述圆弧面进行条块划分； S6：计算边坡稳定性与所述第一映射关系、所述第二映射关系以及所述土体物理 力学参数的第三映射关系，并根据所述第三映射关系计算当前圆弧滑面的边坡稳定性系 数； S7：循环X次步骤S5和步骤S6，计算出X个所述边坡稳定性系数，选择其中最小的边 坡稳定性系数，即有植物根系加固的边坡安全系数，其中，X为预设的循环次数。本发明通过 将草本植物根系加固土体看作是抗剪强度沿深度变化的复合材料，将木本植物根系考虑为 根径存在变化且具有一定结构性的锚固体，并将草本植物根系加筋和木本植物根系锚固的 效应加入稳定性的计算，然后以条分法实现分析边坡生态防治的稳定性分析，从而改善目 前基于经典边坡稳定性分析方法对根系过度简化，导致计算结果误差大，或是数值模拟方 法计算耗时耗力，变量参数过多，难以推广等问题。且本发明方法与数值模拟方法相比，本 发明所述方法参数相对简单，计算快捷，便于推广应用。同时，本发明通过多次循环步骤S5 和步骤S6，得到多个边坡稳定性系数，并从中获取最小的边坡稳定性系数作为最终输出结 果，多次循环择优从而使本发明得到的系数更加准备可靠。 作为本发明的优选方案，所述步骤S1包括： S11：获取护坡草本植物根系对土体的最大黏聚力提高值crmax； S 1 2 ：建立黏聚力提高值c r 与深度z的第一映射关系，用公式表示为 ： 其中Ar(z)是根土横截面积比随深度变化的函数，Armax是最大根土横 截面积比。本发明通过进行原位直剪试验得到护坡草本植物根系对土体的最大黏聚力提高 值，并根据所述最大黏聚力提高值建立黏聚力提高值与深度的第一映射关系，有效地提高 了获得草本植物根系对土体在不同深度处黏聚力提高值的准确性。 作为本发明的优选方案，所述Ar(z)根据草本植物根系的类型以及实际情况进行 调整； 当根系为方形根时，Ar(z)满足Ar(z)＝Armax-mz(0＞z＞z1)，其中，m为当前根系根 土横截面积比随深度变化函数的斜率，z1是方形根根系分布的最深点深度，Armax是最大根土 横截面积比，Ar(z)是根土横截面积比随深度变化的函数； 当根系为三角形根时，Ar(z)满足 其中，z2 是三角形根根系分布的最深点深度； 当根系为指数形根时，Ar(z)满足 其中a、b、c为当 前根系根土横截面积比随深度变化函数的参数，z3是指数形根根系分布的最深点深度。 作为本发明的优选方案，所述步骤S2包括： S21：进行抗拉试验得到木本植物根系最大抗拉力Tmax与根径D的映射关系用公式 表示为： 其中a2和b2为通过抗拉试验得到的参数； S22：建立木本根系锚固力T与锚固深度L的第二映射关系 所 6 CN 111581853 A 说　明　书 3/11 页 述T满足T＜Tmax；其中k为折减系数，与根表面的粗糙有关，d为锚固段平均根径，σ为土体压 力， 为土体的内摩擦角。 作为本发明的优选方案，所述步骤S4包括： S41：根据边坡几何形态和地层分布情况，建立边坡断面模型； S42：根据边坡所在地气候条件，选择边坡生态防治的草本植物类型，并在所述边 坡断面模型中设置草本植物根系分布区域； S43：根据边坡所在地气候条件，选择边坡生态防治的木本植物类型，在所述边坡 断面模型中建立木本植物根系二维分布模型。本发明通过建立边坡断面模型并在所述边坡 断面模型中划分草本植物根系分布区域以及建立木本植物根系二维分布模型，为计算边坡 稳定性提供了可靠的图形和计算分析基础。 作为本发明的优选方案，所述步骤S5包括： S51：在边坡临空面一侧选择一点作为圆弧的圆心点，设置圆弧的半径，在所述边 坡断面模型上绘制圆弧； S52：设置条块的数量，将所述圆弧内的岩土体划分为具有相同宽度的土体。 其中，所述圆心点为随机选择，所述圆弧满足与边坡存在公共区域，所述条块数目 满足区间[10，100]。 作为本发明的优选方案，所述步骤S6包括： 所述步骤S6包括： S61：根据所述第一映射关系、所述第二映射关系与所述边坡断面模型计算边坡抗 滑力总和以及边坡下滑力总和； S62：建立边坡稳定性系数与所述边坡抗滑力总和及边坡下滑力总和的第三映射 关系，用公式表示为： 其中FOS为所述边坡稳定性系数，ANT为所述边坡抗滑力 总和，FL为所述边坡下滑力总和。本发明通过将所述第一映射关系、所述第二映射关系以及 所述土体条块参数代入计算，有效地考虑了草本植物根系加筋作用和木本植物根系锚固作 用对边坡抗滑力、下滑力的影响，有效地提高了边坡稳定性分析的准确性。 作为本发明的优选方案，所述第三映射关系具体表示为： 其中，n为土条总数，i为土条编码，满足1≤i≤n，ci为土条编码为i的土条的底边 所在土层的黏聚力，cri为土条编码为i的土条的底边所在土层由草本植物根系作用提高后 的黏聚力，Li为土条编码为i的土条的底边长度，wi为土条编码为i的土条总的重度，wvi为土 条编码为i的土条所包含植物的总重，αi为土条编码为i的土条底边与水平面的夹角，m为木 本植物穿过土条底边的单根总数，j为木本植物穿过土条底边的单根编码，满足1≤j≤m，Tij 为穿过土条编码为i的土条底边的单根编码为j的单根锚固力，θij为穿过土条编码为i的土 条底边的单根编码为j的单根与当前土条底边的夹角， 为土条编码为i的土条底边所在土 层的摩擦角。 作为本发明的优选方案，所述步骤S7包括： 7 CN 111581853 A 说　明　书 4/11 页 S71：记录执行步骤S71的重复次数x，判断重复次数x是否大于预设值X，其中所述 重复次数x初始值为0，且每次进入步骤S71时累加1； 若重复次数x大于预设值X，进入步骤S72；若重复次数x小于等于预设值X，进入步 骤S5； S72：对比所有边坡稳定性系数，选择最小的边坡稳定性系数，即有植物根系加固 的边坡安全系数。 作为本发明的优选方案，上述方法也适用于滑坡的生态防治稳定性计算。 一种边坡生态防治稳定性分析设备，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个 处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述 指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述任一项所述的方 法。 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是： 1、本发明通过将草本植物根系加固土体看作是抗剪强度沿深度变化的复合材料， 将木本植物根系考虑为根径存在变化且具有一定结构性的锚固体，并将草本植物根系加筋 和木本植物根系锚固的效应加入稳定性的计算，然后以条分法实现分析边坡生态防治的稳 定性分析，从而改善目前基于经典边坡稳定性分析方法对根系过度简化，导致计算结果误 差大，或是数值模拟方法计算耗时耗力，变量参数过多，难以推广等问题。且本发明方法与 数值模拟方法相比，本发明所述方法参数相对简单，计算快捷，便于推广应用。同时，本发明 通过多次循环步骤S5和步骤S6，得到多个边坡稳定性系数，并从中获取最小的边坡稳定性 系数作为最终输出结果，多次循环择优从而使本发明得到的系数更加准备可靠。 2、本发明通过进行原位直剪试验得到护坡草本植物根系对土体的最大黏聚力提 高值，并根据所述最大黏聚力提高值建立黏聚力提高值与深度的第一映射关系，有效地提 高了获得草本植物根系对土体在不同深度处黏聚力提高值的准确性。 3、本发明通过分别建立边坡断面模型、划分草本植物根系分布区域以及建立木本 植物根系二维分布模型为计算边坡稳定性提供了可靠的图形和计算分析基础。 4、本发明通过将所述第一映射关系、所述第二映射关系以及所述土体条块参数代 入计算，有效地考虑了草本植物根系加筋作用和木本植物根系锚固作用对边坡抗滑力、下 滑力的影响，有效地提高了边坡稳定性分析的准确性。 附图说明 图1是本发明实施例1所述的一种边坡生态防治稳定性分析方法的流程示意图； 图2是本发明实施例1所述的一种边坡生态防治稳定性分析方法的植物根系加筋 作用对土体抗剪强度的提高示意图； 图3是本发明实施例1所述的一种边坡生态防治稳定性分析方法的草本植物根系 的三种典型空间分布形态示意图； 图4是本发明实施例1所述的一种边坡生态防治稳定性分析方法的不同空间分布 形态植物根系的根土横截面积比随深度变化示意图； 图5是本发明实施例1所述的一种边坡生态防治稳定性分析方法的木本植物根系 最大抗拉力随根径变化示意图； 8 CN 111581853 A 说　明　书 5/11 页 图6是本发明实施例1所述的一种边坡生态防治稳定性分析方法的根系加固情况 下的条分法示意图； 图7是本发明实施例2所述的一种边坡生态防治稳定性分析方法的边坡典型断面 图和根系分布示意图； 图8是本发明实施例2所述的一种边坡生态防治稳定性分析方法的条分示意图； 图9为本发明实施例3所述的一种利用了实施例1或实施例1中所述的一种边坡生 态防治稳定性分析方法的一种边坡生态防治稳定性分析设备。