多年凍巖土區(qū)露天礦邊坡局部穩(wěn)定性探究

李國鋒，李 寧,2，劉乃飛，朱才輝

(1. 西安理工大學(xué) 巖土工程研究所，陜西西安710048；2. 蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅蘭州730070； 3.西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院，陜西西安710055)

多年凍土和季節(jié)凍土區(qū)的面積約占地球陸地面積的50%，我國永久性凍土和季節(jié)性凍土的分布區(qū)域占國土面積的70%以上[1]。青海木里煤礦就處在青藏高原高寒帶山地的多年凍土區(qū)，是青海省最大的煤炭資源分區(qū)之一。多年凍土區(qū)的露天礦邊坡有其特殊的地層分布，本文對王曉東等[2]提出的地層概化模型進(jìn)行優(yōu)化，如圖1所示。

圖1 多年凍土區(qū)露天礦邊坡的地層特性Fig.1 Strata status of open-pit slope in permafrost regions

永凍層上部為受溫度影響的季凍層，邊坡開挖后，坡表一定深度內(nèi)的永凍層會(huì)變成季凍層，且永凍層下的不凍層在坡表處也會(huì)出現(xiàn)凍融交替現(xiàn)象。

該地區(qū)年最低氣溫-34 ℃，最高氣溫19.8 ℃，年平均氣溫為-4.2 ℃～-5.1 ℃，年平均地溫-1.0 ℃～-3.5 ℃。由于氣候的季節(jié)性冷暖變化，季凍層每年4月下旬開始融化，9月底至10月中旬達(dá)到最大融深，融化速度各月稍有差異，平均0.01 m/d，9月末氣溫開始下降，當(dāng)進(jìn)入負(fù)溫后，季融層自上而下迅速回凍，至12月初季融層全部凍結(jié)。即在氣溫下降回凍開始或回凍后一段時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)最大融化深度。張寶龍[3]、張宏剛等[4]經(jīng)近 2 年多觀測，認(rèn)為該處季凍層厚約5～6 m，多年凍土層厚約58～60 m。徐拴海[5]進(jìn)一步指出，季凍層在表層5 m 左右波動(dòng)，并基于調(diào)查研究，首次提出了凍融巖土邊坡5種基本破壞模式，指出逆層邊坡多為中上部局部突出而下部崩塌，順層邊坡多為層間塊片狀脫落滑塌，切層邊坡多為巖石劣化塊體滑落或大塊傾倒，破碎地層主要為表層剝蝕，而松散地層為掏蝕、滑塌等，并明確指出環(huán)境的反復(fù)劇烈變化主要影響坡體淺層地表，而其中溫度變化是巖體性態(tài)改變的驅(qū)動(dòng)力，水分是巖體凍融劣化的根源。

目前，關(guān)于多年凍土區(qū)的露天礦邊坡穩(wěn)定性分析評價(jià)方法，主要集中于強(qiáng)度折減法、極限平衡法及有效應(yīng)力法。武鶴等[6]采用極限平衡法推導(dǎo)了寒區(qū)土質(zhì)邊坡凍融滑塌安全系數(shù)表達(dá)式，并討論了各項(xiàng)參數(shù)對邊坡穩(wěn)定性的影響。曹蘭柱等[7]，基于強(qiáng)度折減法探討了不同開挖位置、開挖坡角和內(nèi)排追蹤距離下的邊坡變形破壞機(jī)制和其對穩(wěn)定性的影響規(guī)律。李榮建等[8]研究表明，傳遞系數(shù)法在分析邊坡的局部滑動(dòng)問題中具有明顯的局限性。侯玲等[9]基于場變量的邊坡有限元強(qiáng)度折減法實(shí)現(xiàn)了高效邊坡安全系數(shù)求解，并基于最大等效塑性應(yīng)變原理實(shí)現(xiàn)了邊坡潛在滑動(dòng)面位置的精細(xì)搜索。劉紅軍等[10]基于有效應(yīng)力法推導(dǎo)了季節(jié)性凍土區(qū)邊坡穩(wěn)定性分析方法，且認(rèn)為土質(zhì)、地下水、氣候、坡角、坡面朝向、凍結(jié)層是邊坡失穩(wěn)的主要影響因素。牛富俊等[11]指出，坡體表層土體變形和滑動(dòng)可用有效應(yīng)力分析法、總應(yīng)力分析法、有效應(yīng)力和固結(jié)理論等進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)，認(rèn)為地下冰水界面是熱融滑塌型滑坡的滑面，且基于靜力平衡法推導(dǎo)了安全系數(shù)表達(dá)式。

多年凍土區(qū)露天礦邊坡具有其特殊的地層分布，在水冰相變、凍脹融縮的周期性影響下易產(chǎn)生局部滑塌或掏蝕破壞。強(qiáng)度折減法、極限平衡法等多為整體穩(wěn)定性分析評價(jià)方法，不適用于局部損傷破壞演化分析與評價(jià)。因此，本文擬沿用筆者前文提出的“含相變?nèi)龍鲴詈虾喕惴ā焙屠硐脒吰履Ｐ蚚12,13]，探究邊坡凍融局部損傷破壞演化過程，討論基于屈服接近度的局部穩(wěn)定性分析評價(jià)方法的實(shí)用性，并以此研究各因素對邊坡穩(wěn)定性的影響。

1 模型參數(shù)與方法

1.1 模型建立

木里煤田聚乎更礦區(qū)含F(xiàn)3、F7等斷層及其它軟弱結(jié)構(gòu)面，但均埋藏較深，本文主要研究坡表局部的損傷破壞，故可忽略軟弱夾層等的影響。因此，沿用如圖2所示的理想邊坡模型[13]，采用FLAC3D軟件進(jìn)行模擬分析。

圖2 計(jì)算模型Fig.2 Test model

其中，應(yīng)力場、溫度場及滲流場分別采用M-C模型、各向同性傳導(dǎo)-對流模型、各向同性滲流模型。對模型底面進(jìn)行全位移約束，側(cè)面進(jìn)行法向位移約束。該地區(qū)坡體穩(wěn)定，主要是坡表季凍層受溫度周期性的影響，而永凍層和不凍層相對比較穩(wěn)定，基本不受大氣溫度影響，模型底面和側(cè)面與大地基巖的熱交換對坡表影響很小。為簡化起見，假設(shè)模型側(cè)面和底面與外界沒有流體和溫度交換，而坡表與外界有溫度交換，則坡表采用透水對流溫度邊界，其余采用不透水絕熱邊界。由邊坡巖土體自重產(chǎn)生初始應(yīng)力場，并假設(shè)巖土體飽和。邊坡初始溫度T(h)按真實(shí)木里地溫且按深度(h)分段施加，坡表溫度T(d)按當(dāng)?shù)貙?shí)際氣溫隨時(shí)間天(d)變化：

(1)

T(d)=-7.1-26.9×cos(2π(d+110)/12.0/30.0)

(2)

1.2 參數(shù)選取

凍巖試樣的相關(guān)試驗(yàn)不少[2,12-19]，但該處邊坡涉及的是凍巖土體，其參數(shù)研究卻不多，因此只能假設(shè)、簡化或參見其它學(xué)者的研究成果。本文假設(shè)巖體參數(shù)隨溫度和凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律近似同巖石試樣，則只須對初始值乘以對應(yīng)的折減系數(shù)即可。假設(shè)巖體熱流場參數(shù)同巖石試樣，僅考慮溫度年凍融循環(huán)，而忽略溫度晝夜循環(huán)的影響。邊坡巖土體初始物理力學(xué)參數(shù)和熱流場參數(shù)分別如表1～2所示。各參數(shù)的取值，在相關(guān)文獻(xiàn)[12-13,16]中已進(jìn)行了詳細(xì)討論。

表1 初始物理力學(xué)參數(shù)

表2 熱流學(xué)參數(shù)

凍融循環(huán)中巖石泊松比變化較小，可按初始值考慮[14]。假設(shè)只有變形模量和內(nèi)黏聚力隨溫度和凍融循環(huán)次數(shù)[13]變化：

(3)

(4)

式中，T為溫度；n為凍融循環(huán)次數(shù)；E(T)、C(T)分別為溫度為T時(shí)對應(yīng)的變形模量和粘聚力；KE、KC分別為凍融循環(huán)次數(shù)為n時(shí)對應(yīng)的變形模量E和粘聚力C的凍融系數(shù)。

在整個(gè)凍融循環(huán)中，干燥巖樣表現(xiàn)為熱脹冷縮性，變形為彈性無殘余變形，但飽水巖樣經(jīng)歷了冷縮-凍脹-回溫遲滯-融縮-熱脹五個(gè)階段，有明顯的殘余變形[15]。因此，對于飽水巖樣，巖基依然遵守?zé)崦浝淇s規(guī)律，水分凍結(jié)體積增大使巖基孔隙擴(kuò)大所產(chǎn)生的變形大于巖基自身冷縮變形，從而整體表現(xiàn)為凍脹；冰融化時(shí)體積變小，同時(shí)部分微裂隙閉合，從而整體表現(xiàn)為融縮；冰融化后巖基自身熱脹變形和不可恢復(fù)的蓬松化變形組成了其殘余變形。而對于凍巖土體工程而言，融化后水分散失，巖體強(qiáng)度也會(huì)降低，進(jìn)而直觀表象是融沉或者滑塌破壞。飽水巖樣冰點(diǎn)上下分別表現(xiàn)“冷縮”和“冷脹”性質(zhì)，且融縮后有殘余變形[15]。因此，巖石基質(zhì)熱膨脹系數(shù)取3×10-6℃-1，水→冰相變時(shí)取-1.5×10-5℃-1，冰→水相變時(shí)可恢復(fù)熱膨脹系數(shù)為-1.2×10-5℃-1[12,14]。水、冰在冰點(diǎn)以上取2.1×10-4℃-1，在冰點(diǎn)以下取-1.5×10-3℃-1。由于溫度變化范圍相對較小，故可認(rèn)為巖石基質(zhì)的比熱和導(dǎo)熱系數(shù)不變，且對靜止空氣的對流傳熱系數(shù)可取5 W/(m2·℃)。

1.3 含相變THM耦合簡化算法

凍融循環(huán)下巖土體邊坡穩(wěn)定是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)平衡問題，具有顯著的時(shí)效性，除了要考慮動(dòng)態(tài)參數(shù)、邊界外，還須要考慮水冰相變、多場耦合的作用。本文沿用作者前文[12,16]中的“含相變THM耦合簡化算法”，對“熱-流-力”進(jìn)行順次串聯(lián)得到耦合算法。其核心是水冰相變前后單元溫差對應(yīng)的熱量累計(jì)不小于相變潛熱，只需采用FISH語言編寫簡單函數(shù)，將相變能量項(xiàng)用溫差能量項(xiàng)代換即可。即在水→冰相變時(shí)，系統(tǒng)溫度不變，釋放的潛熱抵消了系統(tǒng)在外界吸收熱量下引起的溫度降低；在冰→水相變時(shí)，系統(tǒng)溫度不變，儲(chǔ)存的潛熱抵消了系統(tǒng)在外界釋放熱量下引起的溫度升高。

1.4 屈服接近度分析方法

工程邊坡穩(wěn)定性分析主要研究坡體破壞范圍、損傷破壞演化過程、變形破壞機(jī)理以及支護(hù)措施等，主要根據(jù)變形和應(yīng)力判據(jù)來分析評價(jià)巖土體的安全狀態(tài)。而多年凍土區(qū)露天礦邊坡不同于一般邊坡，其具有特殊的地層分布，在季凍層底是相當(dāng)厚度的永凍層，兩層之間則是富水的水冰臨界薄弱面。融化部分巖體強(qiáng)度降低，在自重作用下主要發(fā)生淺表層局部塊體或片狀脫落、滑塌、崩塌等破壞，可采用極限平衡法近似求解其表層局部穩(wěn)定系數(shù)，也可間接利用邊坡局部經(jīng)受凍融循環(huán)次數(shù)、局部變形量、局部損傷破壞體積等來評價(jià)，其中屈服接近度也是一種行之有效的方法。

周輝[19]提出屈服接近度(yield approach index，YAI)的概念，可廣義地表述為：描述一點(diǎn)的現(xiàn)時(shí)狀態(tài)與相對最安全狀態(tài)的參量的比。屈服接近度YYAI∈[0,1]，數(shù)值越小，表示越接近破壞，當(dāng)YYAI=0表示應(yīng)力點(diǎn)達(dá)到破壞。高麗燕[20]對YAI重新進(jìn)行定義，空間應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)的屈服接近度為：沿π平面坐標(biāo)原點(diǎn)與應(yīng)力點(diǎn)的連線方向，該點(diǎn)到屈服邊界線的距離與π平面坐標(biāo)原點(diǎn)到屈服邊界線的距離之比，如圖3所示。

圖3 屈服接近度π平面示意圖Fig.3 YAI model on π plane

圖3中，AB為屈服邊界，Q點(diǎn)為O′P延長線與AB的交點(diǎn)，主應(yīng)力空間的P點(diǎn)在π平面的坐標(biāo)值可由這3個(gè)主應(yīng)力計(jì)算得到。

對于M-C破壞準(zhǔn)則，應(yīng)力空間P點(diǎn)的屈服接近度可以表示為：

(5)

式中，σ1、σ2、σ3分別為P點(diǎn)第一、第二、第三主應(yīng)力，上標(biāo)′表示相應(yīng)坐標(biāo)軸名稱；σt為抗拉強(qiáng)度；Ι1為第一主應(yīng)力不變量；J2為第二偏應(yīng)力不變量；θσ為應(yīng)力洛德角；c為內(nèi)粘聚力；φ為內(nèi)摩擦角。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

季節(jié)和晝夜交替產(chǎn)生的溫差引起巖體中的水分反復(fù)相變凍融，而反復(fù)凍融又嚴(yán)重削弱巖土體的強(qiáng)度，嚴(yán)重威脅邊坡的安全與穩(wěn)定。多年凍土區(qū)露天礦邊坡穩(wěn)定性影響因素不同于一般的邊坡，除了自身的形態(tài)尺寸外，主要還有溫度、水分、凍融次數(shù)、應(yīng)力狀態(tài)等。因此，本節(jié)總結(jié)主要影響因素及其范圍，設(shè)計(jì)如表3所示的試驗(yàn)方案，在基礎(chǔ)方案基礎(chǔ)上探究基于局部屈服接近度的穩(wěn)定性分析評價(jià)方法的實(shí)用性及影響因素的敏感性。

表3 凍融循環(huán)作用下邊坡穩(wěn)定性分析方案

其中，“邊界溫度升高量”和“凍結(jié)溫度降低量”是預(yù)設(shè)的兩個(gè)影響因素。全球變暖趨勢早有定論，且聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)估計(jì)，21 世紀(jì)全球平均氣溫將增加1.4～5.8 ℃，而青藏高原未來50a氣溫可能上升2.2～2.6 ℃[21]。

2.1 凍融破壞演化過程

對基礎(chǔ)方案的第5次凍融循環(huán)各月份的凍融深度、塑性區(qū)、拉應(yīng)力區(qū)、剪應(yīng)變增量區(qū)的演化過程進(jìn)行分析，如圖4所示，由于受篇幅所限，僅列出1、4、7、10月的相關(guān)結(jié)果。

由圖4可知，3月底季凍層坡肩部位開始融化，7～9月達(dá)到最大融化深度約5～6 m，9月末氣溫下降進(jìn)入負(fù)溫，季融層自上而下迅速回凍，至12月初季融層全部凍結(jié)，凍融深度與實(shí)際調(diào)研情況十分相似。坡表1～4 m范圍內(nèi)主要存在拉剪塑性區(qū)歷史，有發(fā)生滑塌破壞的趨勢；坡表3～8 m范圍內(nèi)主要存在拉塑性區(qū)歷史，可能由于水冰反復(fù)相變造成?；貎鰰r(shí)由于凍脹力的作用，新拉塑性區(qū)會(huì)隨著凍結(jié)面的回遷而內(nèi)移，而在坡肩部位新生成拉剪塑性區(qū)。當(dāng)季凍層融化時(shí)，由于表層熱融滑塌的影響，會(huì)在坡肩、坡腳部位產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。其中，8月拉應(yīng)力區(qū)域最小，坡肩處拉應(yīng)力不到0.05 MPa，而坡肩內(nèi)一定深度卻達(dá)0.21 MPa；當(dāng)季融層回凍時(shí)，拉應(yīng)力區(qū)會(huì)逐漸擴(kuò)大并向永凍層深入，但最大值部位由坡內(nèi)向坡肩處外移，其中12月拉應(yīng)力最大為0.50 MPa，則可近似認(rèn)為坡肩處巖體的最大凍脹力為0.45 MPa。變形區(qū)主要在坡肩呈“三角形”狀分布，坡體淺層有沿季融層底冰面消融滑塌的趨勢，與頂蓋掏蝕現(xiàn)象類似，而坡肩內(nèi)部是受力的關(guān)鍵，是坡體淺層安全的敏感區(qū)，如果在坡肩下部一定范圍內(nèi)進(jìn)行加固，可在很大程度上提高坡體安全性。

圖4 凍融演化過程Fig.4 Evolution process on freezing-thawing

2.2 局部屈服接近度

將YYAI平均分成10段(0.0～0.1,…,0.9～1.0)，在整個(gè)計(jì)算模型中，每段內(nèi)各單元的總體積占模型總體積的百分比即分段體積百分比，將分段百分比逐段累加即基于屈服接近度分段體積累計(jì)百分比。對基礎(chǔ)方案的第5次凍融循環(huán)各月的屈服接近度分段的體積累計(jì)百分比進(jìn)行分析，如圖5所示。

由圖5可知，各月份的屈服接近度分段體積累計(jì)百分比變化趨勢基本一致，而在YYAI=0.6的鄰域范圍內(nèi)或曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近各月份分布有所差異，其為易受水冰相變影響的區(qū)域，即凍融敏感區(qū)。且各月均在YYAI=0.8處增量最大，其中1月最小約為38%，而7月最大約為49%，其為坡體的內(nèi)部穩(wěn)定區(qū)。其中YYAI≤0.6的區(qū)域分布百分比約占整個(gè)模型體積的20%，基本屬于受外界環(huán)境影響的凍融區(qū)或季凍層，即有效屈服區(qū)。同時(shí)，高麗燕[20]指出，YYAI≥0.2表示結(jié)構(gòu)安全，那么可認(rèn)為YYAI≤0.6為凍巖土邊坡的損傷破壞的有效影響范圍，而其中0.2

圖5 屈服接近度分段的體積累計(jì)百分比Fig.5 Volume percentage on YAI distribution

雖然計(jì)算模型的邊界范圍取值對分段體積百分比有一定的影響，但對破壞損傷范圍的分布基本不影響，同時(shí)模型網(wǎng)格越小，范圍精度將越高。

YAI是空間應(yīng)力狀態(tài)下定義的，是在網(wǎng)格單元尺度上判斷某一單元的損傷破壞程度，將同等級的YAI單元連接起來即YAI云圖或等值線圖?；A(chǔ)方案的第5次凍融循環(huán)各月份(1、4、7、10月)的有效屈服接近度云圖，如圖6所示。

由圖6可知，有效屈服區(qū)YYAI≤0.6綜合了拉剪破壞性質(zhì)及其區(qū)域分布，整體呈三角形分布，且破壞區(qū)YYAI≤0.2集中于坡肩部位，而損傷區(qū)基本沿凍融面成層分布，且隨著季融層的回凍在坡腳部位會(huì)產(chǎn)生屈服損傷區(qū)。

圖6 各月YAI演化過程Fig.6 Evolution process on YAI

YYAI表示的是某一單元的屈服或破壞程度，對于凍融邊坡工程的局部的安全程度而言，可采用邊坡表層易受凍融影響有效屈服區(qū)(YYAI≤0.6)內(nèi)各單元的屈服接近度的體積加權(quán)平均值來表示，即局部屈服接近度：

(6)

其中，Yi和Vi分別表示各區(qū)段單元的屈服接近度和對應(yīng)體積，且YJB值越低，表明損傷破壞程度越嚴(yán)重。對第5次凍融循環(huán)內(nèi)各月份的局部屈服接近度進(jìn)行分析，如圖7所示。

圖7 局部屈服接近度歷時(shí)曲線Fig.7 YJB changes with time

由圖7可知，隨著環(huán)境溫度的升高，季凍層逐漸融化，3月局部屈服接近度快速下降，4月至7月達(dá)到最低，而后隨著季融層回凍而升高。即每年4～7月份為危險(xiǎn)月份，此時(shí)坡體淺層最可能發(fā)生局部崩塌或滑移破壞。因此，后續(xù)影響因素分析時(shí)，均以每年6月結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行對比分析。由此可見，基于“局部屈服接近度”的方法來分析邊坡的局部安全穩(wěn)定狀態(tài)可行，對解決此類邊坡問題有一定的參考意義。

2.3 影響因素的敏感性

為了方便后續(xù)影響因素分析，定義屈服相對比K，表示各對比方案的有效屈服范圍內(nèi)破壞或損傷范圍分別與基礎(chǔ)方案的有效屈服范圍的比，K值越大，表明破壞或損傷程度相對越高。以第5次凍融循環(huán)6月的K值為例進(jìn)行對比分析。

1) 影響因素整體分析

在基礎(chǔ)方案基礎(chǔ)上，在各影響因素變化范圍內(nèi)，進(jìn)行單因素分析，當(dāng)各因素分別平均增加10%時(shí)，對應(yīng)的K平均增量百分比，如表4所示。

表4 K平均增量百分比

注：表中加粗?jǐn)?shù)值表示各區(qū)段的3個(gè)較大值。

由表4可知，當(dāng)各因素分別平均增加10%時(shí)，凍結(jié)溫度對局部屈服區(qū)域影響最大，達(dá)到10.23%，而其中大部分主要影響的是損傷區(qū)，即永凍層上緣區(qū)域，那么在實(shí)際工程中應(yīng)防止因人為因素而導(dǎo)致的凍結(jié)溫度降低。坡高和凍融循環(huán)次數(shù)對局部屈服區(qū)影響次之，且其依然主要影響的是損傷區(qū)，而坡角和熱膨脹系數(shù)直接導(dǎo)致坡體發(fā)生破壞。在參數(shù)變化范圍內(nèi)，對局部有效屈服區(qū)的影響程度從大到小依次是：凍結(jié)溫度、坡高、凍融循環(huán)次數(shù)、熱膨脹系數(shù)、孔隙率，而其中對局部破壞區(qū)的影響程度從大到小依次是：坡角、熱膨脹系數(shù)、坡高、孔隙率、凍融循環(huán)次數(shù)。

2) 單因素影響分析

由上節(jié)可知，坡高、坡角、凍結(jié)溫度降低量、熱膨脹系數(shù)、孔隙率、凍融循環(huán)次數(shù)等對邊坡局部安全性影響較大，因此，本節(jié)對這些因素進(jìn)行詳細(xì)分析，如圖8所示。

由圖8(a)、(b)可知，多年凍土深度范圍內(nèi)，隨著坡高的增加，有效屈服區(qū)和損傷區(qū)逐漸增大，而已破壞和臨近破壞區(qū)先增加到40 m處達(dá)到極值而后逐漸降低。其中，坡高每增加10 m，已破壞、臨近破壞和損傷區(qū)比例分別增加0.009、0.017、0.093，說明坡高的增加容易導(dǎo)致坡體內(nèi)部的損傷積累。隨著坡角的增加，有效屈服區(qū)變化不大，而損傷區(qū)逐漸減小，已破壞和臨近破壞區(qū)整體呈增大趨勢，而臨近破壞區(qū)先增加到50°處達(dá)到極值而后有降低趨勢。其中，坡角每增加10°，已破壞、臨近破壞和損傷區(qū)比例分別增加0.057、0.030、-0.093，說明坡角的增加容易導(dǎo)致坡體表層的破壞。

由圖8(c)、(d)可知，隨著凍結(jié)溫度的降低，有效屈服區(qū)和損傷區(qū)逐漸增大，而已破壞和臨近破壞區(qū)域變化不大。其中，凍結(jié)溫度每降低2℃，已破壞、臨近破壞和損傷區(qū)比例分別增加-0.001、0.010、0.332，說明凍結(jié)溫度的降低容易引起坡體內(nèi)部的損傷積累。隨著熱膨脹系數(shù)的增加，各屈服區(qū)域均增加，其中熱膨脹系數(shù)每增加0.3 ℃-1，已破壞、臨近破壞和損傷區(qū)比例分別增加0.041、0.037、0.045，說明熱膨脹系數(shù)的增加將整體增大坡體的破壞與損傷區(qū)域。

由圖8(e)、(f)可知，隨著孔隙率的增大，有效屈服區(qū)、損傷區(qū)和已破壞區(qū)先增加到0.2處達(dá)到極值而后逐漸降低。其中，在極值前孔隙率每增加0.05，已破壞、臨近破壞和損傷區(qū)比例分別增加0.050、0.026、0.043，說明孔隙率的增加將整體增大坡體的破壞與損傷區(qū)域。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，各屈服區(qū)域均呈增加趨勢但增率變緩，且早期主要影響的是已破壞區(qū)域而后期主要影響損傷區(qū)域。其中，凍融次數(shù)每增加5次，已破壞、臨近破壞和損傷區(qū)比例分別增加0.011、0.014、0.136，說明凍融次數(shù)的增加主要引起損傷區(qū)的累積。

3 結(jié) 論

本文沿用 “含相變?nèi)龍鲴詈稀焙喕惴ê屠硐脒吰履Ｐ?，探究了邊坡凍融局部損傷破壞演化過程，討論了基于屈服接近度局部穩(wěn)定性分析方法的實(shí)用性，并以此探究了各因素對邊坡穩(wěn)定性的影響。

1) 模擬的凍融深度與實(shí)際調(diào)研情況十分相似，新拉塑性區(qū)會(huì)隨著季融層回凍而內(nèi)移，而拉應(yīng)力最大值區(qū)域反而外移至坡肩。變形區(qū)主要在坡肩呈“三角形”狀分布，有產(chǎn)生消融滑塌的趨勢，與頂蓋掏蝕現(xiàn)象類似。坡體淺層有沿季融層底冰面滑塌的趨勢，而坡肩內(nèi)部是坡體整體安全的受力關(guān)鍵。

2) 凍巖土體邊坡的局部有效屈服區(qū)為YYAI≤0.6，而其中0.2

3) 各影響因素對局部有效屈服區(qū)的影響程度從大到小依次是：凍結(jié)溫度、坡高、凍融循環(huán)次數(shù)、熱膨脹系數(shù)、孔隙率，且坡高、坡角、孔隙率分別存在40 m、50°和 0.2的極值。坡高的增加、凍結(jié)溫度的降低、凍融次數(shù)的增加主要導(dǎo)致坡體內(nèi)部的損傷積累，坡角的增大更易導(dǎo)致坡體表層的破壞，而熱膨脹系數(shù)的增加、孔隙率的增加將整體增大坡體的破壞與損傷區(qū)域。