降雨入渗作用下冻土斜坡失稳机理研究

青藏高原多年冻土在秋末时的季节融化深度最大，同时在降雨的诱发作用下，冻土边坡常在这个时期出现失稳。暖季降雨入渗致使多年冻土冻融交界面的含水量增加、基质吸力降低、抗剪能力降低、融化深度加大，从而导致边坡失稳。项目从研究降雨入渗机理出发，自行研制设备，模拟在不同坡面条件（坡度、初始含水量、干密度、融化深度）、不同气象特征（雨强、降雨历时、雨水温度）下，冻土边坡的渗流规律，为冻土边坡稳定性评价提供依据。改进常规的直剪仪，测试冻融交界面上的抗剪强度；在直剪过程中压入水分模拟降雨入渗，测试冻融交界面上水分增加时，强度折减规律；根据多年冻土的热-流-固三场的物理意义，编制用户材料程序，采用强度折减法，模拟降雨入渗时冻土边坡失稳过程。

降雨入渗使冻土边坡热平衡发生变化及边坡土体的基质吸力的减小，改变了土体的抗剪强度，导致冻土边坡的失稳。.项目主要开展了以下三个方面的研究内容：.（1）进行了降雨过程中冻土边坡的渗流规律研究。通过室内模型试验，分析了降雨历时、降雨雨强、初始含水量、边坡土质等因素对入渗量、基质吸力地温的影响规律。.随着降雨历时增长，温度逐渐上升，孔隙水压力持续增大，基质吸力逐渐消失；坡脚比坡底的温度升高快；雨强越大，入渗率增大的阶段时间变短，冻土融化越快，孔隙水压力和温度增大越快；初始含水量越小，冻土内的含冰量越少，雨水更容易渗入土体，温度和孔隙水压力增大越快。.（2）采用有限元模型，考虑不同降雨类型、饱和渗透系数以及雨水温度等条件下，研究了影响冻土边坡降雨入渗的影响因素。.暴雨只对边坡浅层孔隙水压力影响较大，而连阴雨增大了冻土的融化深度，且影响范围内的孔隙水压力增大明显，从而使基质吸力降低；间歇型降雨对土体的影响和连阴雨十分接近，只是间歇性降雨对路肩处深度为0.8m以上的土体孔隙水压力影响更大；对于饱和渗透系数大于和接近于降雨强度的土体，降雨对边坡孔隙水压力及温度的影响都很大，降雨结束时，浅层孔隙水压力都显著增大，基质吸力降低接近于0，土体接近饱和；雨水温度越高，边坡土体温度升高越快，但孔隙水压力的影响只体现在较深的范围内。.（3）冻融界面强度的变化特征，研制了大型冻融直剪仪，完成了粘土、粉质粘土、粉土的剪试验，同时，也结合铁道部科研项目，进行了现场大型剪切试验。.而室内试验结果来看重塑土的土性、初始含水量、冻土和融土的温差是影响界面抗剪强度的主控因素，粘土的初始含水量在塑限附近的黏聚力最大，内摩擦角几乎不变；而粉质粘土和粉土随含水量增加而抗剪强度减小；由于冻融交界面水分的作用，现场得到的冻融界面抗剪强度远小于冻土的抗剪强度，也略小于融土的抗剪强度； .（4）降雨过程的冻土的热-流-固三场耦合模拟。.采用不同的入渗模型，在Abaqus中实现了热-流-固三场耦合过程，发现冻土边坡的蠕变变形主要出现在前10年，占总应变量的50%。