多年冻土路堑边坡时变可靠度研究

多年冻土路堑作为一种重要的路基结构形式广泛应用于多年冻土区的交通工程中，因而多年冻土路堑边坡的可靠性直接关系到线路的畅通和安全。由于冻土环境和土性参数的随机性，目前的确定性边坡稳定分析方法已不能满足冻土工程实践的需要。因此，本项目将采用随机水热力方法建立多年冻土路堑边坡的时变可靠度理论体系。首先，补充必要的参数试验，确定冻土物理力学参数的统计特征及其与温度的数学关系式；其次，基于随机有限元法建立冻土边坡的时变可靠度理论模型，编制相应的数值仿真程序，结合现场实测数据校验数理方程和计算程序的准确性；最后，针对典型多年冻土路堑边坡进行可靠度及其参数敏感性分析，探索、预测冻土边坡的失稳机理和可靠度，查明导致冻土边坡失稳的主要因素。本研究的开展不仅可以发展冻土力学和结构可靠度理论，而且可为多年冻土路堑边坡的设计、施工和评估提供直接的理论指导和技术支持，具有重要的学术理论意义和广泛的工程应用前景。

本项目为研究多年冻土路堑边坡可靠性。首先，针对青藏高原多年冻结粘土进行了大量的单轴试验，对高温冻土的弹性模量及强度概率分布作了系统的分析。结果发现，正态及对数正态分布能较好地反映高温冻土的弹性模量概率分布规律，而威布尔分布则能更好地描述强度分布规律。最后，基于高温冻土强度服从威布尔分布，进行了高温冻土强度的可靠度分析。其次，也开展了三个温度条件下的高温-高含冰量冻结粘土单轴试验，并对高温-高含冰量冻土的强度概率分布进行了系统分析。结果发现，威布尔分布能很好地描述高温-高含冰量冻土的强度分布规律。在此基础上，引入Mohr-Coulomb强度准则，建立了高温-高含冰量冻土的统计损伤本构模型，并与试验曲线进行了对比分析，结果表明，基于威布尔强度分布规律和Mohr-Coulomb准则的统计损伤本构模型能准确地反映高温-高含冰量冻土的破坏全过程。最后，基于前面的试验结果，以青藏铁路某多年冻土路堑边坡为研究对象，考虑冻土材料关键参数的随机性以及冻土力学性质的温度相关性，构建冻土路堑边坡的随机水热理论体系，编制相应的有限元计算程序，进而分析了多年冻土路堑边坡的随机水热状况及其可能失稳机理。本项目建立的多年冻土路堑边坡随机水热分析体系不仅能丰富冻土工程的研究内容，而且为多年冻土路堑边坡的设计、施工和评估提供直接的理论指导和技术支持，也为其它类似冻土工程提供理论参考。在本项目实施过程中，共发表论文18篇，其中SCI 8篇，EI 13篇；获软件著作权2项；协助培养博士、硕士研究生3人。