由于拟建川藏铁路沿线穿越了大量的季节性粗颗粒冻土地区,目前对于这类季节性粗颗粒冻土的工程特性在冻融作用下的参数变化规律研究较少,能够借鉴的资料有限,同时对于粗颗粒冻土工程性质研究的试验仪器和方法,现有的相关规范和研究成果还没有明确的规定和统一的标准,这对粗颗粒冻土的工程特性研究带来了极大的不便。为此本文结合季节性粗颗粒冻土的特点,研制了一套适用于粗颗粒冻土工程性质研究的试验装置,并明确了相关的试验方法。根据现场调查发现拟建沿线的季节性粗颗粒冻土边坡存在大量的破坏现象,这种破坏现象对铁路的设计、施工及运营构成了威胁。但目前对于川藏线季节性粗颗粒冻土边坡的破坏机理及稳定性的研究还相对较少,因此本文通过研究川藏线季节性粗颗粒冻土边坡的破坏机理、分析边坡的稳定性影响因素,最终建立了一种适用于季节性粗颗粒冻土一般和特殊边坡的稳定性计算方法,并对防治冻土边坡病害的工程措施提出建议。本文的主要研究内容和取得的成果如下:(1)对研究区具有代表性的季节性粗颗粒冻土进行野外试验和现场取样,确定了土体的密度、含水率和颗粒组成;(2)研制了一种测试季节性粗颗粒冻土热物理参数的试验仪器,并明确了试验方法。通过试验测得不同干密度、不同温度和不同含水率条件下季节性粗颗粒冻土的导热系数和比热容,分析了其变化规律,为季节性粗颗粒冻土边坡温度场计算参数的选取提供了依据;(3)研制了一套测试季节性粗颗粒冻土水理性质的试验仪器,并明确了试验方法。通过室内试验研究了土体容水性、持水性和渗透性在冻融作用下的变化规律,重点研究了不同级配土体在负温条件下渗透系数的变化,同时通过野外试验测得了现场土体的渗透系数,这些研究成果为季节性粗颗粒冻土水理参数的选取提供了依据。(4)研制了一套测试季节性粗颗粒冻土力学性质的试验仪器,并确定了试验方法。通过室内试验测得了不同级配和不同含水状态的季节性粗颗粒冻土在冻融作用下的抗剪强度、压缩特性和冻胀力,并研究了其变化规律,为季节性粗颗粒冻土工程力学参数的选取提供了依据。(5)建立了一个综合考虑积雪覆盖条件和带相变的地下水渗流共同影响下的季节性粗颗粒冻土边坡温度场的计算模型及数值计算的实现方法,采用该方法对现场监测的边坡的温度场进行数值分析,计算结果与现场监测边坡实测温度场基本一致,证明该计算方法可以满足实际工程分析的需要。(6)通过对现场137处季节性粗颗粒冻土边坡的调查统计,分析总结了边坡的破坏类型,结合野外调查、现场监测、室内模型试验和数值计算等多种手段,深入研究了季节性粗颗粒冻土边坡的破坏机理,为边坡的稳定性计算提供了依据。(7)综合采用定性分析、粗糙集理论和灰色关联等方法,确定了季节性粗颗粒冻土边坡稳定性的主要影响因素,建立了季节性粗颗粒冻土边坡冻融破坏厚度的经验公式,为边坡的稳定性计算提供了数据基础。(8)在简布法的基础上推导了渗流条件下季节性粗颗粒冻土边坡稳定性计算公式,并明确了计算参数的取值方法,同时还考虑了不同土体结构中计算公式的应用,利用公式对现场边坡的稳定性进行计算,计算结果与现场实际情况相符。(9)结合季节性粗颗粒冻土边坡的破坏机理和稳定性影响因素,对季节性粗颗粒冻土边坡的工程治理措施给出了建议,为季节性粗颗粒冻土边坡的勘察设计提供了参考依据。