融化期川西地区季节冻土边坡稳定性分析

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近年来,随着国家交通强国战略的提出,川西季节冻土区兴建了大量的交通基础设施,区域内的天然斜坡、公路铁路边坡常因冻融作用而在次年融化期间发生滑塌灾害,给当地经济造成巨大损失,为有效解决季节冻土边坡冻融滑塌灾害,本文以川西季节冻土区广泛分布的混合土边坡为研究对象,通过试验量测、理论分析与数值模拟相结合的方式,研究融化期季节冻土边坡的稳定性及失稳机理,为实际工程提供一定的参考依据。本文主要研究内容及成果如下:(1)通过对川西季节冻土区非饱和混合土工程特性试验研究,确定了试样的密度、含水率、颗粒级配和渗透系数,并分析了粗颗粒含量和含水率对混合土试样抗剪强度参数的影响。随着粗颗粒含量增加,试样粘聚力逐渐减小而其内摩擦角逐渐增大;试样粘聚力和内摩擦角随着含水率增大均逐渐减小,且粘聚力折减幅度较内摩擦角大。(2)基于冻土水热耦合理论,建立季节冻土边坡水热耦合分析模型,利用COMSOL软件计算边坡在冻融过程中的温度场和水分场变化情况。通过对温度场分析得出,冻结期间最大冻结深度为1.10 m左右,融化期间边坡冻融交界面逐渐降低,至3月下旬冻结土体全部融化;通过对水分场分析得出,冻结阶段土体中的未冻水逐渐向冻结锋面迁移,使冻结区土体含水量略微增大,融化阶段边坡浅层冻土和坡面积雪逐渐融化,使冻融交界面上部土体含水量剧增,在边坡浅层形成厚度约为0.85 m的暂态饱和区。(3)建立了综合考虑水热耦合作用的季节冻土边坡稳定性计算模型,得出融化期间季节冻土边坡稳定性系数逐渐减小;通过分析边坡位移及塑性变形确定滑动面位置,并与温度场进行对比,得出融化期边坡潜在滑动面与冻融交界面位置基本一致,且潜在滑动面走向与坡面大致平行,属于平面滑动类型。(4)对边坡失稳机理和稳定性影响因素进行了分析,得出融化期冻土消融和积雪融化入渗是川西地区季节冻土边坡发生浅层滑塌的主要诱因;混合土粗颗粒含量、初始含水量及坡度对边坡稳定性有较大影响,混合土粗颗粒含量越低,初始含水量越高,坡度越大,土体冻结融化后边坡稳定性越差。
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