短时冻区土体在冬季具有冻融周期短、冻融次数频繁、冻土深度浅等特点。边坡土体在频繁的冻融作用下则呈现出大量的浅表层剥落失稳现象。土体剥落现象给当地交通造成了很大困扰,但相关研究一直未得到重视。本文通过采用室内试验、数值模拟、理论分析相结合的手法,探索短时冻区残积土力学性能宏细观损伤规律、冻胀特征、坡面土体冲刷剥落的失稳规律。具体研究工作和成果如下:(1)通过走访调研短时冻区某路段内边坡剥落灾害,依据成因将短时冻区典型剥落灾害分为冻融型剥落、冲刷型剥落、混合型剥落三大类。(2)通过冻融后土体三轴试验可得,重塑土的力学参数均随冻融循环次数的增加而呈指数降低,且6次冻融循环后试样力学性质基本不变;前四次冻融后损伤最大,其中弹性模量、粘聚力、内摩擦角损失最大分别可占8次损失量的81.54%、94.48%、61.32%;拟合了冻融作用对土体宏观力学参数的损伤模型。(3)基于三轴试验结果,采用叠片墙体近似模拟柔性边界,实现了柔性边界下PFC三轴压缩试验模拟,并分析了残积土细观参数的冻融损伤规律以及土体结构的细观破坏过程。研究发现:相比较单片墙模型,叠片墙模型在孔隙率、应力、颗粒位移等方面能更合理揭示土体结构细观破坏过程;土体的颗粒法向刚度、张拉强度、摩擦系数均随冻融循环增加呈指数降低,且其损伤规律与土体宏观参数的损伤规律一致,均损伤集中于前四次冻融循环,并拟合了相应损伤模型。(4)通过设置冰颗粒半径膨胀、应力释放以及运算停止判据,优化了现行的PFC冻胀过程模拟方法;设计室内冻胀试验标定了土冰、冰冰胶结等细观参数,进而揭示了残积土柱及边坡的细观冻胀特征。研究表明:冻胀过程中土体孔隙率的增大主要来自冰体的膨胀,颗粒移动使土柱下层孔隙率降低,中层孔隙率不变,上层孔隙率增大;冻胀作用仅在垂直于坡面的冻深内以层状压力体现;冻胀作用下,45°边坡坡面角与坡脚处依次出现横向位移,并形成两个位移影响区逐渐向坡体扩展;60°边坡位移影响区域则仅从坡面角处扩展;坡面大块石降低冻胀作用对坡面土体的扰动。(5)基于三轴试验数据进行双轴模拟标定土体参数;考虑土体细观参数的冻融损伤,并对坡面表层颗粒施加径流速度、增加重度实现PFC2D降雨冲刷过程的简化模拟,并分析了短时冻区坡面混合型剥落规律。研究表明:土体细观参数的冻融损伤加剧了坡面土体冲刷剥蚀量,其中45°、60°边坡剥蚀量分别增加了 87.35%、47.2%。