季节冻土边坡稳定性影响因素研究

１ 研究背景
冻土是指土体内部含有冰，并且环境温度低于土 体的起始冻结温度的各种岩土和土壤［１］。内蒙古包 头地区是我国典型的季节性冻土区，冻融循环作用是 影响该地区土体力学性质发生改变的关键因素之一。 在季节性冻土区的工程建设尤其需要考虑冻融循环 的影响。
国内外对冻融循环作用下土质的研究已经日趋 成熟，但由于影响冻融循环作用的因素很多，试验方 法方式也存在着差异，因此得出的结论会有不同。２０ 世纪 ３０年代，前苏联冻土力学专家 Ｖｙａｌｏｖ和 Ｔｚｙｔｏｖ ｉｃｈ最先进行冻土方面的研究并取得了大量的研究成 果。１９３７年 Ｔｚｙｔｏｖｉｃｈ的《冻土力学》［２］为后人提供了 宝贵 的 文 献 参 考；Ｙｏｎｇ等［３］，Ｃｈｕｖｉｌｉｎ等［４］，Ｂｒａｍｓ 等［５］，Ｂｏｎｄａｒｅｎｋｏ等［６］对冻融循环作用后土体强度进 行研究，三者对于冻融后土体强度变化的研究存在差 异；Ａｏｙａｍａ等［７］经过研究发现冻融后土体黏聚力有 所降低，内摩擦角变化不明显，倪万魁等［８］通过对不 同冻融循环次数的土体进行三轴试验，总结出不同冻 融次数对土体三轴剪切强度的影响规律；杨成松等［９］ 研究了冻融作用对土体干容重和含水率的影响；董晓 宏等［１０］对重塑土冻融后进行研究分析，并建立了强 度劣化模型，总结其劣化规律。
收稿日期：２０１７－０２－２４；修回日期：２０１７－０４－１７ 基金项目：内蒙古科技大学创新基金项目（２０１５ＱＤＬ０７）；内蒙古自治区自然科学基金博士基金项目（２０１６ＢＳ０５０９） 作者简介：崔广芹（１９８５－），女，山东菏泽人，讲师，博士，主要从事岩土工程研究。Ｅｍａｉｌ：ｓｄｃｕｉｃａｎ＠１６３．ｃｏｍ
ｄｏｉ：１０．１１９８８／ｃｋｙｙｂ．２０１７０１７６
Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２ ０ １ ８

摘
Hale Waihona Puke 场的变化情况， 选取干容重为主要研究参数， 并运用毕肖普法和牛顿迭代法计算安全系数， 分析冻融条件 下黄土边坡稳定性。结果表明， 干容重对黄土边坡稳定性具有重要影响， 冻融通过改变干容重大小来影响 黄土边坡的稳定性； 黄土干容重初始值较小时， 冻融后干容重会增大， 边坡安全系数增大边坡趋于稳定， 黄 土干容重初始值较大时， 冻融后干容重会减小， 边坡安全系数急剧减小边坡趋于不稳定； 存在一个最优干 容重即冻融后干容重大小不发生改变， 此时黄土边坡稳定性受冻融的影响较小。 关键词 ： 黄土； 冻融； 随机场； 干容重； 边坡稳定性 中图分类号 ： TU445 文献标识码： A doi ： 10. 3969/j. issn. 1674⁃2869. 2018. 04. 015
Influence of Freeze-Thaw on Stability of Loess Slope
2 BIAN Xiaoya1， ， BAI Junlong2， ZHANG Jun1
1. Key Laboratory of Highway Construction and Maintenance Technology in Loess Region， Taiyuan 030006， China； 2. School of Civil Engineering and Architecture， Wuhan Institute of Technology， Wuhan 430074， China
Abstract： Freeze-thaw has great influence on the loess slope stability. The changes of soil property after freeze-thaw were studied with random field model by MATLAB software. Dry bulk density was selected as the main parameter. Bishop method and Newton iteration method were used to calculate safety factor of loess slope. The results indicated that the dry bulk density plays an important role on the loess slope stability. The dry bulk density of loess，the safety factor of the loess slope increased to make the loess slopes more stable with freeze-thaw influenced the loess slope stability by changing the dry bulk density. At the smaller initial value of the dry bulk density increasing after freeze-thaw ，while at the larger initial value of dry bulk density of loess， the safety factor of the loess slope decreased to make the loess slopes unstable with dry bulk density decreasing after freeze-thaw. There is an optimum dry bulk density that will not change after freeze-thaw ，having less effect on the loess slope stability. Keywords： loess； freeze-thaw ； random field； dry bulk density； slope stability 冻融做为强风化过程， 容易造成土体膨胀产 生裂缝而改变土体的结构， 对土体工程性质产生 较 大 影 响 。 加 拿 大 北 部 不 列 颠 哥 伦 比 亚 Mount

黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJINo．2,2021 (Sum No32)2021年第2期(总第324期)季冻区公路边坡冻融破坏规律及影响因素研究李劲松1,李云鹏2,张利东1,王新军2(2吉林省高等级公路建设管理局，吉林长春130022；2.交通运输部科学研究院，北京100029)摘要:季冻区高速公路边坡冻融破坏不仅会导致包括植被损毁、水土流失等一系列灾害，也会对公路运营带来安全隐患。

研究通过测量不同覆盖条件下土壤温度以及土壤其他物理性质的变化，结合气象数据，通过对比分析研究季冻区公路边坡冻融作用变化规律以及冻融破坏的影响因素。

结果表明，土壤温度和土壤含水率是影响季冻区公路边坡冻融破坏的主要因素,土壤温度的日变化可以很好的表征冻融破坏的发生过程。

植物根系可以有效延缓土壤冻结时间，降低土壤含水率以及增加土壤抵抗剪切破坏的能力，从而阻止冻融破坏的发生。

因此，在以后的季冻区公路边坡防护中，应采取合理的植物手段预防冻融破坏的发生。

关键词：冻融破坏;土壤温度;土壤抗剪强度;植被中图分类号:U416.1文献标识码：A文章编号：1008-3383(2021)02-0008-03Stedy on the law and influencing factocs offreeze-thaw in sexsonaU flozex arex highway slopeLI Jin-song1,LI Yud-pedg2,ZHANG Li-doug1,WANG Xin-jun2(1.Jilin Provigcial High Class Highwas Coustructiou Bureay,Changchug,137022；2.Academy of Transeortatiod Science,Beijinc,140029)Abshoct:The damaae of freeze-thaw ou highway slope in frozed area cannot ouly resulted in s series of disasters igcluUing veeetatiou damace,water and soil loss,but also brouuht hidded dander h highway operatiou.U this payee,we measered the010110X0of soil temperature,meteorolooicai date and other physical properties of soil imdee differext mulching parative analyses were used i iavestWate the variatiou of freeee-thaw eXect of highway slope in seasoual freezing area and the inOuexcing factors of freeee一thaw failure.ReseUs showed that soil temperature and soil moisture coutext were the main factors tecting freeee一 thaw dam­ape of highway slope in seasoual freezing area.Daily change of soil temperature coolU welt characterize the process of freeze-thaw damace.Plant roots cop IU effectively delay soil freezing time,reduce soil moisture couteot and increase soil resistance i shear damace, thus prevent freeze-thaw damace.Therefore,veyetatiou measures were suucested h prevent the freezing and thawing damape of high­way slope in seasoual freezing area in the future.Keyworbs:freeze-thaw failure,soil temperature,soil shear strength;veyetatiou高速公路边坡失稳破坏不仅会导致包括植被损毁、水土流失等一系列的环境问题，也会对公路运营带来安全隐患。

向很 长 的实 体 ， 因此 可 以将 计算 模 型 简 化 为 平 面 问 题， 因 为路堤 边坡 是轴 向对 称 ， 采 用边 坡 的一半 进行 建模 即可 ， 所 分析 的计 算模 型 的尺寸 如 图 １ 所示 。 本 例所采 用 的路 堤 边 坡 的 单元 为 Ｐ Ｎ Ｅ ８ ２单 元， 此单 元为 平面 单 元 ， 具 有 ８个 节点 ， 且 每个 节 点
应性 很强 。定 义路 堤 截 面 的材 料 属性 参 数 如 下 ： 弹
性模 量 Ｅ ＝１ ０ ０ Ｍ Ｐ ａ ， 泊松 比 ＝ ０ ． ３ ２ ， 土 体密 度
北 方 交 通
２ ０ １ ４年
第１ ２期
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图２ 粘 性 土路 堤 边 坡 稳 定 性 系数 一 冻 融次 数 趋 势 图
堤边 坡 的稳定 性是 很有 必 要 的 。
大。这主要是 因为 ， 冻融循 环作用使得土体结构发
生 了改 变 ， 土 颗粒 重 新 排 列 。根 据 王 永 忠 等 的 电镜 分析 ｊ ， 土 体 在 冻 融 作 用 以后 孔 隙 数 量 增 多 ， 由于 土体 粘 聚力是 由土粒 间水膜 与其 相邻 土粒 间 的分 子 引力 和 土粒 中化合 物 的胶 结 作 用 构成 的 ， 在冻 融 作 用下 ， 孔 隙 的增 多 导致 部 分 结 合 水 膜 与 土粒 之 间的 引力 消失 ； 同时在 冻融 过 程 中产 生 的小 冰 晶使 得 土
王 恒星 ， 孙 硕， 刘 洁 ， 何钰龙 ， 王 绍 全
哈尔滨市 １ ５ ０ ０ ４ ０ ） （ 东北林业大学土木工程学 院
摘
要： 为研究路 堤边坡在冻融作用 下的稳定 性 ， 通过对季 冻区粘性 土进行冻 融试验 以及 室 内直剪试 验 得到