关键词： 冻融循环   赤泥   钢渣   水泥土   无侧限抗压强度   电阻率  

摘要： 本文主要研究将工业废料赤泥、钢渣用于提高水泥土强度并改善其抗冻融性能。将不同含量的赤泥和钢渣掺入到水泥和黄土中,通过无侧限抗压强度试验和电阻率法来分析改性剂(赤泥和钢渣)掺入比、养护龄期对水泥土的影响规律;建立了电阻率与无侧限抗压强度之间的关系,以达到利用电阻率来反映改性水泥土强度的目的。考虑到将赤泥、钢渣改性水泥土作为底层材料可能会受到冻融环境的影响,本文阐述了在不同次数的冻融循环条件下改性水泥土损伤劣化程度和水化产物的改变,并在上述试验得出的改性剂最优掺量配比的基础上,揭示冻融循环对改性水泥土耐久性的影响规律。主要研究成果包括:(1)赤泥和钢渣的掺入可以显著提高水泥土的强度。随着赤泥掺入比的增加,抗压强度曲线呈先增大后减小的变化趋势,当赤泥掺入比为0.8时,强度达到最大值,改性效果最好。相同赤泥掺入比下,随着龄期的增加,强度整体呈上升趋势;同时龄期在14d之内时,增加幅度较大,超过14d时,曲线逐渐趋于平缓。相同赤泥掺入比下,随着含水率的增加,试块的无侧限抗压强度值呈先增后减趋势。当含水率接近31%时,无侧限抗压强度达到最大值。(2)当电流频率小于50k Hz时,电流频率的极小波动将会对电阻率产生较大地影响;而当电流频率大于50k Hz时,这种影响相对较小,即电流频率宜选择为50k Hz～1MHz。同一赤泥掺入比下,电阻率随龄期的增加持续增大,养护龄期在14d之内时,电阻率增长幅度相对较大,超过14d时,电阻率增长幅度相对较小。相同龄期下,电阻率随赤泥掺入比的增加呈先增大后减小的趋势,在赤泥掺入比为0.8(钢渣掺入比为0.2)时,电阻率最大。通过拟合不同龄期下改性水泥土电阻率与无侧限抗压强度之间的关系,发现二者呈线性关系,反映出利用电阻率来表征抗压强度具有可行性。(3)相同冻融次数下,改性水泥土的强度均随着赤泥、钢渣的掺量呈现先增大后减小趋势,且都大于同条件下纯水泥土的强度,充分说明赤泥和钢渣可以改善水泥土的抗冻融性。经冻融循环后,改性水泥土的强度明显降低,且前期的冻融循环作用对试块的强度损失有更大的影响,以第1次冻融循环对改性水泥土强度的影响最为强烈。经冻融循环作用后,改性水泥土的应力-应变关系曲线总体上分为三个阶段:近似直线上升、非线性上升至峰值和破坏三个阶段;经不同次数冻融循环后的改性水泥土应力-应变曲线均呈应变软化型,随着冻融循环次数的逐渐增加,峰值强度愈来愈低,初始切线模量逐渐减小,曲线逐渐向应变软化型过渡,破坏类型也越来越趋向脆性破坏。变形模量E50随冻融次数的增加不断减小,即冻融作用可以减弱试块抵抗变形的能力。随着冻融次数的增加,改性水泥土试块的质量损失率和相对动弹性模量损伤变量逐渐增大。

关键词： 多年冻土区   土壤质量   蒸散发   土壤水热   冻融循环  

摘要： 青藏高原作为亚洲多条河流的发源地,是重要的生态功能服务区、气候变化的“感应器”、碳收支平衡的主导区和生态系统多样性的稀有种质资源保存基地。青藏高原的多年冻土在过去的几十年里由于全球变暖已经经历了显著地退化,而青藏高原多年冻土的退化又会对土壤环境、高寒生态及寒区水文过程产生强烈的影响。冻土的季节性冻融过程及土壤水热动态对陆地生态系统、水文过程、地-气水热交换及碳循环、气候系统以及寒区工程等具有深刻影响。本文以青藏高原多年冻土区腹地的风火山流域作为研究区域,对该区域的土壤质量、气象因子、蒸散发、土壤下渗以及土壤水分和温度的变化进行了系统的观测、采样研究及数理统计分析,结合冻土区活动层不同冻融循环阶段,开展了青藏高原多年冻土区冻融循环作用下土壤水热变化特征的研究,获得了如下主要成果:(1)影响青藏高原多年冻土区高寒草地植被退化背景下土壤质量的最小数据集(MDS):碱解氮、盐分、全磷和有机质。并且随着植被盖度的增加,土壤质量指数(SQI)也呈现增加的变化趋势,即在植被盖度<30%时,SQI的平均值为0.300.442,在植被盖度为300%时,SQI的平均值为0.308.457,在植被盖度为500%时,SQI的平均值为0.328.491,在植被盖度>70%时,SQI的平均值为0.327.532。分别采用线性与非线性的得分函数计算得到的结果表明,基于MDS的土壤质量指数可以较详尽的表达出植被退化背景下土壤质量的变化,相较于其他三种方法得出的SQI(SQI、SQI、SQI),基于MDS的非线性加权的土壤质量指数(SQI)可以对青藏高原多年冻土区高寒草地植被退化影响下的土壤做出更准确的评价。(2)在多年冻土区不同土壤冻融阶段,气温与潜在蒸散发存在相似的变化趋势,均在土壤的夏季融化期达到了最大值;并且通过对活动层土壤不同冻融阶段气象要素的进一步分析发现,各气象要素对潜在蒸散发的贡献率随着冻融循环的更替呈现出了明显的变化。净辐射和水汽压差对潜在蒸散发的敏感系数和贡献率较高,其敏感系数的均值分别为0.52和0.44,而风速和气温对潜在蒸散发的贡献率较低,其敏感系数的均值分别为0.08和0.01。(3)冬季降温期和春季升温期蒸散发过程主要表现为冰雪升华,且主要受净辐射的影响;夏季融化期的蒸散发存在一个气象要素的影响范围,即各气象要素同时达到其变化范围时,即土壤热通量达到1.44-4.46 MJ·d·m,气温达到1.09-3.10 C,相对湿度达到56.02-63.70%,净辐射达到40.34-48.90 MJ·d·m,水汽压差达到0.24-0.34 kPa,风速达到5.67-5.79 m·s时,实际蒸散发量达到最大值,而在其他条件下蒸散发量均会有所减少;在秋季冻结期,7:00凝结水量达到最大值,且由于9:00气象要素的突变,导致在7:00至9:00蒸散发量发生了突变,且我们发现白天以蒸散发过程为主,夜间以水汽凝结过程为主。(4)在青藏高原多年冻土区冻融循环作用下高寒草甸土壤水热过程存在明显的相互作用,且在高盖度植被处,深层土壤水热变化过程相较于低盖度处较为稳定;在高植被盖度下,地表20 cm深度处土壤水分含量最高。土壤水分与温度随着观测深度的增加分别与大气相对湿度和气温呈现递减的相关性,低盖度处土壤水热过程的不稳定变化在一定程度上将加剧高寒草甸生态系统荒漠化等一系列生态环境问题的发生,即相较于高植被盖度处,低盖度处深层土壤地温变化幅度的加剧会导致各层土壤水分的流失,尤其是浅层土壤水分。

关键词： 冻融循环   埋地输油管道   季节冻土区   试验研究   COMSOL  

摘要： 伴随着我国综合国力的快速提高,城市化建设逐渐加快了脚步。然而油气资源是城市运转和经济发展的重要基础保障,由于埋地管道运输在石油运输中应用广泛,为长距离输送油气的主要运输方式,近年来埋地输油管道的铺设范围在快速扩大。在我国西北和东北地区铺设管道时,不可避免的会穿越冻土区,在冻土区因土体温度场和冻土层厚度等因素的影响,尤其是季节交替时的冻融循环现象易使管道发生冻胀和融沉等不良现象。本课题的主要研究内容是对冻融循环作用下的管道受力性能进行研究,研究在冻融循环作用下管道的受力特点,并且找到冻融温度上下限、冻融周期、管道埋深、管径、管道壁厚等因素对管道在冻融循环作用下受力特点的影响。本文结合设计试验方法和软件模拟方法对埋地管道进行了研究分析,主要有以下两个方面:1.有限元模拟内容:利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件,模拟管道冻融循环环境,进行水热力三场在三维空间内的全耦合。其中土体物理场包括:水分场、力学场、多孔介质传热场,考虑水的不饱和渗流、冰水相变、土的冻胀等问题;考虑输油管道的热流固耦合,管道内部油温随时间和位置周期性变化。2.试验分析内容:按照1:10～1:20比例制作实验模型,按照可能的影响因素设置不同的对照组,在实验室利用冻融箱实现重复的冻融循环过程,实时监测冻融循环下管道内力的变化情况,并记录下来。最终通过实验研究,对比分析得出寒区埋地管道冻融循环下受力特性的一般规律,为工程设计提供依据,减少当地管道因冻融破坏所造成的经济损失,填补国内关于管道冻融循环动态分析过程的空缺,将土体的冻融循环过程和管道的冻胀融沉破坏结合起来。

关键词： 硫酸盐渍土   长期冻融循环   强度   X射线衍射   SEM扫描电镜  

摘要： 盐渍土在世界各地广泛分布,我国盐渍土主要分布在内陆干旱、半干旱地区,滨河、沿海等地区。宁夏地区盐渍土中硫酸盐含量较高,加之气候特殊,在复杂环境条件引起的风化过程中,土体中盐碱成分随水分的迁移和聚集,不断结晶与溶解,积盐与脱盐过程循环进行。当外界温度下降,土中硫酸盐会结晶析出,由于硫酸盐结晶时会吸水体积增大,发生盐冻胀现象。尽管目前人们对盐渍土的研究已经有了较为系统的认识,并在盐渍土地基病害机理和影响因素等方面取得了一些宝贵的研究成果,但以往的研究大多聚焦于不同固化剂固化硫酸盐渍土的强度增长及盐胀抑制机理的研究,针对固化硫酸盐渍土在经受长期环境影响后的耐久性关注较少。为此,本文针对固化硫酸盐渍土在经受长期环境影响后的耐久性问题,采用正交试验分析法（极差分析,方差分析等）,通过三轴试验、溶陷试验、SEM电镜扫描试验、X射线衍射分析试验,从固化硫酸盐渍土的强度特性、盐胀特性、溶陷特性等方面进行了研究。主要研究成果如下:（1）经固化后硫酸盐渍土的强度试验结果极差分析表明:冻融循环次数对土样黏聚力影响最大,氯化钙掺量次之。关于盐冻胀试验,对比分析认为:单掺粉煤灰和氯化钙均对盐胀有一定的抑制作用,但其效果不及复掺粉煤灰、氯化钙。（2）随含盐量的增加,硫酸盐渍土溶陷率呈线性增大,极差分析认为不同因素对溶陷率的影响程度大小作用顺序依次为冻融循环次数、含盐量、氯化钙掺量、粉煤灰掺量。（3）X射线衍射分析表明,经粉煤灰、氯化钙固化后的硫酸盐渍土样衍射图谱中出现较为密集的低矮衍射峰群,说明固化剂和盐类作用易形成非晶质胶凝物质,从而增强土颗粒间的粘结强度。SEM实验分析表明,单掺粉煤灰在冻融循环初期可对土颗粒之间的孔隙起到填充作用,改善土体的结构,从而显著增强土体的黏聚力。但随冻融循环次数的增加,土体结构性逐渐降低,部分胶结点散裂,强度随结构性的降低也随之减小。（4）综合宏观试验、微观试验与工程经济性来分析,含盐量在2%时,建议复掺粉煤灰15%+氯化钙2%;含盐量在5%时,建议复掺粉煤灰15%+氯化钙4%;含盐量为8%时,使土体达到最大黏聚力的配比为:粉煤灰15%+氯化钙4%。在该配比下,既能满足在长期冻融循环情况下盐渍土的强度特性和盐胀抑制效果,又在一定程度上抑制了盐渍土的溶陷。

关键词： 固化淤泥土   循环荷载   冻融循环作用   力学特性   水分迁移   数值模拟  

摘要： 疏浚淤泥土的处置和资源化利用是当前环境岩土热门的研究课题之一,对环境治理和资源保护具有重要意义。河道疏浚淤泥土的组成复杂多元,工程性质差,国内外常采用固化处理方式将其资源化利用,然而固化淤泥土力学性质差异明显,难以实现广泛推广。为了探明循环荷载和冻融循环作用下固化淤泥土的力学性质,本文利用水泥、石灰和粉煤灰改善淤泥土力学性能,对不同掺量下固化淤泥土的动力性能、冻融循环下水分迁移与强度特性和固化土路堤变形与稳定性展开研究。本文的主要工作和结论如下:(1)采用室内土工试验测定疏浚淤泥土的基本物理力学指标,利用堆载预压法将疏浚淤泥土的含水率降低至指定值,确定水泥掺量为6%,石灰掺量为9%,粉煤灰的掺量分别为5%、10%、15%和20%,以此联合固化淤泥土。(2)利用GDS动三轴仪测定了不同固化剂掺量和固结围压下固化淤泥土的强度与变形特性。研究结果表明:固化淤泥土的动应力-动应变曲线呈应变硬化型,在循环荷载作用下土颗粒被挤压,向更稳定的位置发生移动,土体的破坏形式为压缩破坏,固化剂掺量越高,破坏强度越大。固化淤泥土的初始动弹性模量随固化剂掺量和围压的增加而加大。(3)对固化淤泥土进行冻融循环试验,研究固化土在不同冻融次数下水分迁移和强度特性,分析不同固化剂掺量下固化土的破坏强度、应力-应变关系、抗剪强度指标受冻融次数的影响。研究结果表明:冻融循环作用下,固化淤泥土中的水分发生迁移,引起内部水分向冻结锋面迁移聚集,且固化剂掺量越高,水分变化量越小;固化淤泥土的破坏强度和粘聚力随冻融次数的增加而降低,但变化幅度逐渐减小。(4)利用Flac分析路堤填筑施工过程中的沉降和侧向位移与固化淤泥土路基在不同冻融循环次数劣化后的变形规律。模拟结果显示:固化疏浚淤泥土填料路基在填筑后的沉降量和侧向位移量较小,符合质量工程要求。冻融会对路基产生劣化影响,路基竖向沉降随冻融次数的增加先大后小,最终路基变形逐渐趋于稳定,这与试验结果基本吻合。

关键词： 混凝土   疲劳荷载   冻融循环   多因素共同作用   动态性能  

摘要： 在高纬度的寒区,混凝土大坝、桥梁、隧道等结构会经受疲劳荷载和冻融循环的共同作用,实际使用中混凝土结构往往会在此基础上受到动载的作用。本文以210个混凝土试块为研究对象,分别研究了混凝土在经历过疲劳荷载、冻融循环单因素或双因素共同作用后的动态性能,主要工作成果如下:1.研究疲劳荷载单因素作用下混凝土动态性能。通过测超声波速和单轴抗压试验研究疲劳次数和应变率对混凝土性能的影响,分析混凝土相对动弹性模量、抗压强度和有效受力面积随疲劳次数和应变率变化而变化的机理。研究发现:混凝土疲劳损伤是逐步累积的过程,疲劳作用后混凝土试块存在显著的“率”效应,疲劳作用次数影响试块的“率”敏感度。2.研究冻融循环单因素作用下混凝土动态性能。通过冻融后混凝土试块质量、超声波速和单轴抗压强度研究冻融次数和应变率对混凝土性能的影响,分析混凝土质量损失率和相对动弹性模量变化规律,研究抗压强度、有效受力面积随冻融次数和应变率变化而改变的机理。研究发现:冻融次数和应变率的改变会对混凝土破坏状态产生很大影响,随着冻融次数增加试块质量呈现先增大后减小的趋势,相对动弹性模量损失主要发生在冻融早期,冻融次数影响混凝土“率”敏感度,并结合实际情况提出混凝土结构在动力作用下的设计建议。3.研究先疲劳后冻融作用下混凝土的动态性能。先进行单轴压缩疲劳试验,后进行冻融循环试验,期间按试验方案测超声波通过混凝土试块的速度,进行单轴抗压试验。研究结果表明疲劳荷载和冻融循环共同作用产生的损伤大于单因素叠加的损伤,分析了先疲劳后冻融作用下混凝土动态抗压破坏机理和混凝土抗压强度“率”相关性,分析相对动弹性模量全时程曲线和应力-应变曲线的变化机理以及变化趋势意义,并回归拟合应力-应变全曲线。4.研究先冻融后疲劳作用下混凝土的动态性能。先进行冻融循环试验后进行单轴压缩疲劳试验,期间按照试验方案测超声波通过混凝土试块的速度,进行单轴抗压试验。研究结果表明冻融和疲劳作用次序会影响混凝土的性能,先冻融后疲劳试块的破坏程度比先疲劳后冻融试块的小。分析相对动弹性模量全时程曲线和混凝土抗压强度“率”相关性,最后分析冻融次数、疲劳次数、应变率的变化对应力-应变曲线的影响。

关键词： 季节性冻土边坡   渐进破坏   粗颗粒土   ABAQUS软件   强度折减法  

摘要： 近几年来，随着国家西部深度开发，战略性交通基础设施的陆续实施，众多交通工程处于西部季节冻土地区，区域内的天然边坡、公路铁路边坡常因冻融作用而发生滑坡、泥石流等地质灾害，造成巨大损失，季节性冻土边坡的稳定性研究是有效解决这些问题的关键，需要开展广泛的研究。　　本文以川藏新都桥铁路沿线的路基边坡粗颗粒土为研究目标，以室内土工试验为基础，基于有限元强度折减法，提出了在冻融循环作用下，考虑渐进破坏特性的边坡稳定性分析方法。　　主要研究成果如下：　　(1)物理特性方面，在经过冻融循环后，最大粒径为30mm、含水率为17.26%的土样，液塑限均呈现减小的态势。在冻融循环5次后，土样的液限减小约5.42%，塑限减小约17.7%;颗粒级配方面，随着冻融循环次数的增加，细颗粒土的占比有较小幅度的增长，粗颗粒土的占比逐渐减小，从试验数据来看，冻融循环20次后，小于1.95mm颗粒占比增加2.4%，冻融循环作用仅影响粒径在5mm以下的土样，对5mm以上的颗粒影响不大;(2)力学特性方面，最大粒径为30mm土样的抗剪强度及其参数会随着含水率的增大而减小，饱和土样粘聚力和内摩擦角相比于天然含水率土样分别降低2.43%和12.76%;含水率为17.2%的土样，粘聚力相比于最大粒径为5mm的土样，10mm、20mm、30mm分别降低7.73%、21.86%、27.08%;内摩擦角分别增加了44.94%、59.95%、98.41%;(3)通过ABAQUS有限元分析软件建模，采用摩尔库伦弹塑性模型，分析得出在最大粒径为30mm情况下，边坡安全系数随着含水率的提高而逐渐降低，随着冻融循环次数的增加而不断降低;在含水率为17.26%的情况下，边坡安全系数随着最大粒径的增大，呈现出先增大再降低，又增大的情况;(4)通过监测剪切带上节点的应力，分析边坡渐进破坏的机理，根据摩尔库伦强度准则，利用折减系数将剪切带发育至贯通的过程描述出来，模拟了边坡渐进破坏的现象。

关键词： 冻融循环   应力路径   颗粒流   损伤特性   本构模型  

摘要： 岩石受冻融作用产生的损伤劣化是寒区地质工程面临的重要问题。国内外专家学者对岩石冻融损伤开展了大量的试验分析和理论研究。但对于岩石冻融损伤力学性质研究不充分以及卸载路径下冻融岩石力学特性研究较少,因此,针对高寒山区岩石的冻融损伤特性以及不同应力路径下岩石的力学性质研究具有十分重要的理论意义和工程意义。在本文以孔隙率较大、易受冻融影响的砂岩为研究对象,进行了砂岩的冻融试验、物理性质检测试验(孔隙率、渗透率、超声波试验)和不同应力路径下的抗压试验。同时采用颗粒流离散元软件PFC模拟冻融砂岩的力学试验。得出以下结论:(1)常规三轴试验应力-应变曲线分段,包括孔隙压密阶段、弹性阶段、塑性阶段、应变软化阶段。冻融作用没有改变砂岩应力应变曲线阶段的划分。冻融作用使饱和砂岩弹性模量降低,峰值强度下降,峰值应变增加,力学性能产生劣化。随着冻融次数的增加,砂岩的粘聚力与内摩擦角有不同程度的劣化,其中,粘聚力对冻融次数的敏感性更强。(2)冻融使砂岩孔隙增大,伴随着冻融循环过程,砂岩内部孔隙率明显上升,并且可近似认为单次冻融循环孔隙率增量近乎相等。随着冻融次数增加,内部孔隙之间连通性增加,砂岩渗透性能增强。砂岩渗透率呈单调递增趋势,过60次冻融循环,砂岩的渗透率增加了 1.51倍,砂岩渗透率的每次冻融的增量随冻融次数增加,说明冻融循环使砂岩渗透率的增大加快。(3)经过冻融循环,砂岩波速逐渐减小。其中纵波波速近乎呈直线下降。结合动弹模定义,建立了砂岩冻融损伤因子D与孔隙率和纵波波速的关系。根据模型与试验结果对比,该模型表示砂岩损伤效果较好,可以通过该损伤模型预测岩石抗压强度。(4)颗粒流离散元PFC软件中平行粘结模型部分细观参数与宏观参数关系存在定量关系,冻融对砂岩的损伤劣化可以用粘结模型的细观参数等效。通过分析宏细观参数间的对应关系,总结一般冻融砂岩细观参数确定方法。同时,根据冻融砂岩的应力应变曲线特征,建立了折线型冻融砂岩本构方程。(5)冻融作用下,不同卸载应力路径砂岩应力-应变曲线表现不同的力学特性。冻融降低了砂岩峰值强度,同时砂岩卸载破坏时的卸荷量明显减小。冻融次数越多,径向应变对围压变化越敏感。冻融降低了初始变形模量,试样变形模量在卸围压过程中均呈线性降低,且冻融次数越多,下降越快。不同应力路径下砂岩的卸荷破坏的剪胀角受冻融作用影响而减小。

关键词： 水泥稳定钢渣   冻融循环   数值模拟   路基路面  

摘要： 水泥稳定钢渣作为无机结合料稳定材料的一种,可用于路面基层结构。我国地域辽阔,季冻区区域广,气候变化频繁,存在极端的高温与低温,使路面发生冻融现象,同时伴随车辆荷载的作用加剧降低了路面的使用寿命。因此本文研究冻融循环作用对水泥稳定钢渣基层的影响,探讨水泥稳定钢渣基层在冻融循环作用下路面各结构层所受到的应力、应变情况,对研究其损伤和破坏提供一定的理论意义和工程应用价值。（1）首先对φ150mm×150mm的圆柱体水泥稳定钢渣试件进行冻融循环试验,分析水泥稳定钢渣试件在冻融循环作用下的质量和无侧限抗压强度变化规律,拟合出不同冻融次数与水泥稳定钢渣试件强度的相关方程。结果表明:随冻融循环次数的增加,水泥稳定钢渣试件的无侧限抗压强度逐渐衰减,试件的质量呈现出先增大后减小的现象。（2）利用有限元软件构建水泥稳定钢渣试件在冻融循环作用下的数值模型,将试验结果与数值模拟数据进行比对分析,二者具有较好的一致性。在数值模拟过程中能够得到温度、应力、应变随时间的变化曲线图,发现:在冻融循环过程中,试件受到的应力、应变与外界温度的升降有关;随着冻融循环次数的增加,试件受到的应力作用逐渐向内部扩散。（3）为了降低冻融循环作用对水泥稳定钢渣基层的影响,对设置垫层和不设置垫层的路面结构进行模拟对比分析。通过对路面各结构层的温度、应力、应变进行比较发现,设置垫层可以降低路面各结构层的应力和应变,降低率分别是:上面层94.4%,下面层95.4%,基层92.9%,底基层98.2%。

关键词： 马兰黄土   冻融循环   抗剪强度参数   边坡稳定性   含水率  

摘要： 山西省吕梁地区作为黄土高原区的一份子,属沟壑纵横的多山地带,由于黄土的特殊工程性质引发的相关地表灾害越来越引起人们重视,滑坡就是典型的地质灾害之一。近些年,在全球气候变暖趋势愈发明显的大背景下,冬季冻结、春季消融的季节性冻融边坡会由于春季温度迅速回升而在消融期迅速融化,导致坡体内水分在短期内迅速集聚,与此同时,反复的冻融循环作用使得坡体内土颗粒排列和应力状态也会有所调整,从而改变坡体的原始状态并影响其稳定性。因此,研究反复冻融作用下的黄土抗剪强度参数变化规律和边坡稳定性变化,可以从根本上了解冻融循环作用对边坡的影响机理,为该类型黄土滑坡的防灾减灾提供指导意义。本文以吕梁地区原状马兰黄土为研究对象,通过收集资料、室内试验以及数值模拟的方式,探究了不同循环次数的冻融作用对原状马兰黄土的抗剪强度参数及边坡稳定性的影响。本文的具体工作如下:(1)通过统计调查和基本参数测定得知,柳林县的冻土深度为1.0 m,极端最低温度-19℃,土体的天然和塑限含水率分别为12.2%和18.2%。通过对比天然和塑限两种特征含水率的试样在5组冻融循环试验前后的含水率值发现,在封闭系统中,土样含水率在经历冻融作用后会有略微减少,且初始含水率越高含水率减少量越多,含水率减少量随冻融循环次数的增加呈对数型增长。冻融循环试验在封闭环境中进行时,土样损失的含水率不多,在分析土体抗剪强度与冻融循环作用的关系时,可以忽略含水率变化的影响。(2)在对天然和塑限两种特征含水率的原状Q马兰黄土试样进行0、1、5、8、10、15次冻融循环试验的基础上,开展了各组土样在4个围压下的不固结不排水(UU)三轴剪切试验,得到对应的12组应力应变特征曲线。分析发现偏应力会随围压和轴向变形的增大而增大,初始变形时偏应力陡升表现为弹性变形,随着轴向变形增大,会逐渐转变为塑性变形,并且随围压的递增,天然含水率土样由微弱软化转为微弱硬化最后呈典型的应变硬化,而塑限含水率土样全程都呈微弱软化。含水率对偏应力增长的影响要大于冻融循环作用。此外,获取到各组土样的破坏应力变化规律,发现冻融循环会使土体在剪切时更容易屈服,在围压和含水率一定时,土体的破坏应力随冻融循环的叠加整体呈下降趋势。(3)在三轴剪切试验基础上,根据莫尔—库伦基本理论绘制出各组土样的应力莫尔圆,并拟合得到每组应力莫尔圆的公切线及其包络线的表达式,进而得到每组试验的黏聚力和内摩擦角值,以及两参数随冻融循环作用的变化规律。发现经历不同循环次数的冻融作用后,土样的黏聚力和内摩擦角都会劣化,但黏聚力劣化程度更大,它随冻融循环次数呈指数函数型降低,内摩擦角稍有减小但幅度很小,而且塑限含水率土样的抗剪强度参数普遍低于天然含水率土样。(4)参考试验获取的抗剪强度参数值,以柳林县某个黄土边坡为例,借助FLAC对经历各轮冻融循环次数后的边坡进行模拟。分析得出,剪切应变由坡脚处呈圆弧形向上延伸,水平向位移也是从坡脚附近逐渐扩展,会有潜在滑面雏形显现,随冻融循环作用的叠加,边坡虽然一直处于基本稳定状态,但是如若冻融作用持续下去,叠加降雨、裂缝等因素,边坡便会有失稳的可能。