草本、灌木植物及木本植物的侧根与岩土体相互作用是类似的，都是起到摩擦加筋的作用，面积为A的土体，共有j个根，则根土复合体所增加的总抗剪强度如下。

式中，φ为土体内摩擦角，由土的剪切试验确定；n为侧根数量，通过野外截取不同含根土体的剖面获取；δ_j为根与水平面夹角；T_j为单根抗拉力。

由此可见，含根土体的抗剪强度大小主要取决于根的抗拉强度和根系在土中的分布情况。进而得到植物根系作用下土体总的抗剪强度如式（2）所示。

式中，σ为根系所受的垂直压力，kPa;c为土体内聚力，kPa。

木本植物的主根可扎入土体深层，在斜坡上相当于抗滑桩的作用，增加土体的抗滑阻力^[1]，可简化成垂直锚杆分析其对周围土体的力学效应。

对于整个根系来说，设地表以下z处的侧向土压力系数为K₀，土的密度为γ（g/cm³），根与土的摩擦系数μ，根的平均半径在深度方向的分布函数为，根的数量在深度方向的分布函数为N=Q(z），则根系的最大摩擦力在垂直方向的分量如式（3）所示。

式中，d为根系直径，mm;f_z为侧根牵引力，kPa;d_z为各根系平均抗断力，N;P(z),Q(z）的确定可采用现场量测，并进行数据拟合获得。在测量根密度垂直分布时，可沿水平方向把垂直根系等分为n个区段，对于任意区段，可测得根的个数及每个根的半径γ。

原生态系统因树种、环境、气候、降雨情况及土壤结构等不同，其涵水固土能力不同。现以某省城市快车道边坡附近的林场原生态系统的裸露边坡，以及该处种植单一草本植物的边坡进行研究，从而对比分析原生态植被系统在被破坏前后的雨水截留及水土保持情况。

该地属于典型的亚热带湿润季风气候，雨量充沛，年平均降雨量达到1 422mm。地层为第四纪更新世的冲积性网纹红土和砂砾，属典型的红壤丘陵区，植物种类多达2 200种。本试验通过春夏秋冬4个不同季节，每个季节测3次，每次测3个点，然后综合分析，按常规方法观测数据反映原生态植被系统被破坏前后涵水固土的真实情况。

原生态植被系统截留涵水作用主要体现在4个方面：林冠层截留持水、灌木草本层截留持水、林地枯落物层涵水、土壤层涵水。

降水量小于10mm时，最大截（涵）水率的数据，当降水量大于20mm时，林冠层截水率平均值为16.8%，降水量越大，其截水率越低，最低截水率平均值仅为14.2%。

原生态植被系统的作用主要表现为浅层根系加筋和深层根系的锚固作用^[2]。通过对林场边坡进行研究分析得出如下结论。

1）对林场草本植物淡竹叶和商陆的根系进行研究，草本植物根系90%以上分布在地表至地下30cm范围内，其作用为增加浅层土壤黏聚力和抗剪强度。淡竹叶和商陆草的根分布密度在30%以上的土壤里，不同含水率情况下的土壤黏聚力，含水率越高，土壤黏聚力越低。

2）当土壤含水率为15.5%时，淡竹叶和商陆草不同根分布密度（根系分布密度为0即是开挖边坡）情况下，土壤黏聚力值及增加值如表1所示，根系分布密度越大，土壤黏聚力越高。

由以上试验数据分析可知，进行边坡原生态植被恢复能有效控制水土流失，提高边坡的稳定性，使边坡的安全系数增大，但乔木也可能给边坡的稳定带来一定的负面影响。

某高速公路边坡，属丘陵河流侵蚀地貌，地层自上而下有第四系松散沉积和侏罗系中统沙溪庙组岩层，边坡主要有3组相对较软弱的结构面，地下水的主要来源为大气降水。项目部根据地质勘察结果拟对边坡实施3层防护，进行原生态植被立体护坡，如图1所示。

第1层次是边坡基部的绿化，主要利用人行道上的绿化带，种植一些高大、直立的常绿乔木，既减少噪声和灰尘污染，又可美化道路环境；第2层次是边坡防护，主要栽植藤蔓植物及低矮花灌木或播种草灌植物，不仅减少雨水冲刷，而且起到浅层固坡作用；第3层次是边坡顶部绿化，利用顶部的空地种植绿化带^[3]。3个层次的植被构成最简单的原生态系统，不仅具有景观和防护功能，还具有经济效益。

原生态植被立体护坡情况表明，在受到雨水冲刷时，坡顶的乔木和排水沟截留相当一部分雨水，坡面台阶上的乔灌木和排水沟也截留部分雨水，坡脚的乔木遮挡部分雨水，减少对坡面的冲刷。同时，边坡上覆盖的植被和根系层则有效减轻降雨对坡面的冲刷，减少水土流失。据测定，在45°坡面上，植被覆盖度达到75%时，即可有效地减缓坡面径流流速，控制水土流失，且植被越密、覆盖度越高，边坡的抗侵蚀能力就越强，对边坡的稳定越有利。

与单一草本植物护坡抗冲刷情况比较，本原生态植被立体护坡抗冲刷效果非常明显，其原因在于本原生态植被立体护坡工程中的当地原生态乔本植物起到降雨截留和削弱溅蚀的作用，从而减少水土流失。

在裸露边坡、单一植草护坡及原生态植被立体护坡3种情况下，通过观测获得的抗冲刷效果数据，是在植被护坡工程完工12个月、植被覆盖率达90%以上时所测得的结果。此结果表明，原生态植被立体护坡工程就地取材，能迅速实现与周边生态环境协调一致，是全新的生态护坡模式，并且其施工成本比传统的工程护坡低，具有较好经济效益。

通过以上数据分析和对原生态植被立体护坡所进行的研究，可得到如下结论。

1）应充分利用自然界中水、光、热条件，实现植被护坡。

2）应合理配置护坡植物种类，发挥种间优势。

3）通过原生态植被立体护坡，改善护坡效果，防止植被退化，增强水土保持功能。

4）乔、灌、草相结合，进行立体护坡，充分发挥护坡植被各部分的优势，产生综合护坡效应，达到多重护坡效果。

5）原生态植被立体护坡不仅可以形成立体且富有层次的植物景观，改善景观效果，调节微气候，且可行性强，经济和社会效益显著。