凍融誘發(fā)平面滑移型巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)模型試驗研究

摘" 要：為研究平面滑移型巖質(zhì)邊坡凍融失穩(wěn)機制，基于相似理論開展了含主控裂隙邊坡模型凍融試驗，監(jiān)測凍融循環(huán)全過程中溫度、凍脹力、裂隙端部應(yīng)變、滑體位移及聲發(fā)射等響應(yīng)特征。結(jié)果表明：凍融過程中裂隙內(nèi)不同位置溫度變化規(guī)律一致，可分為快速降溫與過冷、潛熱釋放與相變結(jié)冰、持續(xù)降溫與凍結(jié)、裂隙冰升溫與吸熱、裂隙冰融化、完全融化等6個階段；凍脹力峰值隨凍融循環(huán)次數(shù)增加而減?。粏未蝺鋈谘h(huán)過程中凍脹力大小與溫度相關(guān)，凍脹力峰值出現(xiàn)于凍結(jié)相變結(jié)冰階段，二次凍脹峰值出現(xiàn)于裂隙冰融化階段；滑體在凍融0～5次內(nèi)位移較小，最大僅為0.5 mm，凍融6～14次垂直位移緩慢下降，水平位移呈“臺階”狀增大，最大達到3.8 mm，凍融15～19次位移基本保持不變，直至凍融第20次邊坡失穩(wěn)位移瞬間增大；凍融誘發(fā)邊坡失穩(wěn)過程可分為：凍脹損傷積累期、主控裂隙擴展期、裂隙擴展貫通期、滑面抗剪劣化期，其力學機制演化過程依次為“巖橋鎖固”“巖橋-摩擦共鎖”“摩擦鎖固”“摩擦解鎖”邊坡失穩(wěn)。研究結(jié)果為寒區(qū)巖質(zhì)邊坡凍融失穩(wěn)機制研究提供一定參考。

關(guān)鍵詞：巖質(zhì)邊坡；凍融循環(huán)；模型試驗；平面滑移；凍脹力；失穩(wěn)機制

中圖分類號：TU 458

文獻標志碼：A

文章編號：1672-9315（2024）06-1118-09

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2024.0610開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

收稿日期：

2024-09-

30

基金項目：

國家自然科學基金項目（42177144，42277172）；陜西省重點研發(fā)計劃項目（2024SF-YBXM-626）

通信作者：

梁博，男，陜西渭南人，博士，副教授，E-mail：liangbo@xust.edu.cn

Experimental study on freeze-thaw induced planar

sliding rock slope instability model

LIANG Bo1，YANG Gengshe1，F(xiàn)ENG Wei2，PAN Zhenxing1，

SUN Jielong3，LIU Hui1，CHEN Qi4

（1.

College of Architecture and Civil Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China；

2.Xi’an Highway Research Institute Co.，Ltd.，Xi’an 710054，China;

3.School of Architecture and Civil Engineering，Yan’an University，Yan’an 716000，China；

4.Shaanxi Construction Engineering Twelfth Construction Group Co.，Ltd.，Ankang 725000，China）

Abstract：In order to study the freeze-thaw instability mechanism of plane sliding rock slope，based on the similarity theory，the freeze-thaw test of slope model with main control fracture was carried out，and the response characteristics of temperature，frost heaving force，strain at the end of fracture，displacement of sliding body and acoustic emission in the whole process of freeze-thaw cycle were monitored.The results show that the temperature variation of different positions in the crack during the freezing and thawing process is consistent，which can be divided into six stages：rapid cooling and supercooling，latent heat release and phase change freezing，continuous cooling and freezing，crack ice heating and heat absorption，crack ice melting and complete melting;The peak value of frost heaving force decreases with the increase of freeze-thaw cycles.During a single freeze-thaw cycle，the magnitude of frost heaving force is related to temperature.The peak value of frost heaving force appears in the freezing phase transition freezing stage，while the second frost heaving peak appears in the fracture ice melting stage;The displacement of the sliding body is small in the freeze-thaw 0～5 times，with a maximum of only 0.5 mm.The vertical displacement of the freeze-thaw 6～14 times decreases slowly，and the horizontal displacement increases in a ‘step’shape，reaching a maximum of 3.8 mm.The displacement of the freeze-thaw 15～19 times remains basically unchanged until the 20 th freeze-thaw slope instability displacement increases instantaneously;The process of slope instability induced by freeze-thaw can be divided into：frost heave damage accumulation period，main control fracture expansion period，fracture expansion and penetration period，and sliding surface shear deterioration period.The evolution process of mechanical mechanism is ‘rock bridge locking’，‘rock bridge-friction co-locking’，‘friction locking’，and friction unlocking slope instability.The research results provide some reference for the study of freeze-thaw instability mechanism of rock slopes in cold regions.

Key words：rock slope；freeze-thaw cycle；model test；plane slip；frost heave force；instability mechanism

0" 引" 言

加快重大交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)是“一帶一路”倡議的重要組成部分。其中，正在積極推進的“中巴經(jīng)濟走廊”等聯(lián)通周邊國家多條重要交通線路工程穿越了高海拔寒區(qū)［1-3］。高寒區(qū)交通工程由于晝夜和季節(jié)性溫度變化的影響，沿線邊坡不可避免地受到周期性的凍融作用［4-6］。大量研究表明，反復凍融作用將導致巖體的開裂破碎和力學性能的劣化，最終誘發(fā)崩塌、落石等災(zāi)害［7-9］。調(diào)查發(fā)現(xiàn)在高寒山區(qū)，公路路塹邊坡的滑移式破壞尤為普遍，對交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全建設(shè)和正常運營構(gòu)成了巨大的威脅［10-12］。

在鎖固型巖質(zhì)邊坡內(nèi)部，存在著一段未被裂隙或軟弱結(jié)構(gòu)面貫通的鎖固段，該結(jié)構(gòu)對于維系整個邊坡系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。許強、趙曉彥和霍冬冬等經(jīng)大量調(diào)研中國的災(zāi)難性滑坡后，發(fā)現(xiàn)鎖固段是決定邊坡發(fā)生滑動的關(guān)鍵［13-15］；黃潤秋從不同巖質(zhì)邊坡實例中總結(jié)鎖固段的位置、形態(tài)特點，將

鎖固型邊坡分為

三段式、擋墻式、阻滑塊式、線性多級式和階梯式等5類［16-17］；姜彤將非接觸式測量手段應(yīng)用于模型試驗中，對3種鎖固型滑坡采取外力牽引誘使失穩(wěn)破壞，結(jié)合圖像分析手段獲得支撐拱式、擋墻式、三段式鎖固型邊坡的失穩(wěn)全過程，對比分析有無鎖固段對不同滑坡的變形失穩(wěn)特征差異［18］；李小超、李正勝等采用模型試驗及數(shù)值模擬的分析方法，分析不同鎖固長度的鎖固型巖質(zhì)邊坡在開挖擾動作用下的變形演化規(guī)律［19-20］。

徐拴海、王曉東和聞磊等以高海拔寒區(qū)多年凍巖裂隙邊坡為研究對象，從邊坡巖體介質(zhì)特征、水冰環(huán)境特征、含冰裂隙巖體的力學強度特性等角度分析凍巖邊坡在凍融循環(huán)狀態(tài)及消融狀態(tài)下的穩(wěn)定性演化規(guī)律，提出巖質(zhì)邊坡受凍融破壞的5種模式，并提出一定的凍融病害防治措施［21-23］；喬國文調(diào)查了烏蔚高速天山段巖質(zhì)邊坡賦存的凍融風化環(huán)境，結(jié)合室內(nèi)試驗與數(shù)值分析研究凍融巖石的物理力學參數(shù)以及巖質(zhì)邊坡的變形破壞特征，發(fā)現(xiàn)凍融作用所產(chǎn)生的熱應(yīng)力不僅改變初始巖質(zhì)邊坡淺表層的應(yīng)力分布狀態(tài)，而且作用于長大含水裂隙中，使其應(yīng)力集中逐步損傷邊坡巖體，進而導致邊坡破壞失穩(wěn)［24］；劉欣欣、李家欣和金棟從水熱力三場耦合的角度探討了凍融循環(huán)作用對某煤礦邊坡穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明巖質(zhì)邊坡的凍融作用是一個由表及深的過程，主要是由于凍脹力引發(fā)巖體變形進而導致整體破壞失穩(wěn)［25-27］；路亞妮、鄭紹杰和王曉東分析裂隙巖體的力學特性在凍融作用下的劣化規(guī)律，結(jié)合強度折減法對凍結(jié)狀態(tài)、融化狀態(tài)、常溫狀態(tài)這3種巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性進行探究，發(fā)現(xiàn)凍融狀態(tài)下的邊坡穩(wěn)定性低于未經(jīng)凍融影響的穩(wěn)定性［28］。

目前有關(guān)凍融循環(huán)作用下巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性問題研究頗多，但針對反復凍融對鎖固型巖質(zhì)邊坡的影響，特別是凍融循環(huán)條件下借助中大尺度物理模型試驗對巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn)破壞研究鮮有開展。基于相似理論，制作了鎖固型邊坡模型及加載系統(tǒng)，開展了反復凍融作用下平面滑移式邊坡失穩(wěn)的物理模型試驗，得到了凍融循環(huán)過程中模型邊坡溫度場、坡體的整體位移和局部變形，揭示了凍融循環(huán)作用下平面滑移式巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)機制。

1" 試驗系統(tǒng)及模型設(shè)計

以天山公路某巖質(zhì)邊坡為研究原型，坡高18 m，坡角70°，邊坡淺表層為Ⅳ類巖體，坡體內(nèi)發(fā)育一條張拉裂隙，周圍為Ⅲ類巖體?；谙嗨圃泶_定模型試驗參數(shù)，開展凍融循環(huán)試驗并監(jiān)測邊坡溫度場、凍脹力及坡體位移變形情況。

1.1" 相似準則

根據(jù)相似原理，物理模型試驗應(yīng)滿足下列相似判據(jù)

CσCγCl=1Cμ=Cε=Cf=Cφ=Cε0=CεC=Cεt=1Cσ=CE=Cc=C=CRt=CRC=CτCδ=Cl

（1）

式中" Cσ為應(yīng)力相似常數(shù)；Cl為幾何相似常數(shù)；Cγ為重度相似常數(shù)；Cμ為泊松比相似常數(shù)；Cε為應(yīng)變相似常數(shù)；Cf為摩擦系數(shù)相似常數(shù)；Cφ為內(nèi)摩擦角相似常數(shù)；Cε0為殘余應(yīng)變相似常數(shù)；Cε0為單軸極限壓應(yīng)變相似常數(shù)；Cεt為單軸極限拉應(yīng)變相似常數(shù)；Cεt為彈性模量相似常數(shù)；Cc為黏聚力相似常數(shù)；Cσ為邊界應(yīng)力相似常數(shù)；CRt為抗拉強度相似常數(shù)；CRC為抗壓強度相似常數(shù)；Cτ為抗剪強度相似常數(shù)；Cτ為位移相似常數(shù)。

為保證模型試驗凍融作用產(chǎn)生的溫度應(yīng)力與實際邊坡一致，還應(yīng)該遵循以下2個相似判據(jù)

Ct=C2lCξ

（2）

Cα=CT

（3）

式中"" Cξ為導熱系數(shù)相似常數(shù)；Ct為時間相似常數(shù)；Cl為幾何相似常數(shù)；Cα為導熱系數(shù)系數(shù)相似常數(shù)；CT為溫度相似常數(shù)。

1.2" 模型制作及加載系統(tǒng)

將邊坡概化為坡頂15 m，坡底24 m，高18 m，坡角70°的鎖固型巖質(zhì)邊坡。取幾何相似比Cl=30，因此模型長0.8 m，高為0.6 m，厚度為0.25 m，

坡角為70°，結(jié)構(gòu)面傾角為50°，未貫通結(jié)構(gòu)面長為0.4 m，取鎖固段長為0.13 m，寬度為4 mm。

模型采用相似材料制作，將河砂、重晶石粉混合材料作為骨料，水泥為膠凝材料，添加硅粉、鐵粉調(diào)節(jié)材料的物理力學特性，添加消泡劑、減水劑制備試件。正交試驗結(jié)果進行線性回歸分析，確定相似材料最優(yōu)配合比為水泥、砂、鐵粉、重晶石粉、硅粉按照1∶2.156∶0.092∶0.153∶0.028的質(zhì)量比、水灰比為0.3～0.32的比例區(qū)間配制成相似材料，經(jīng)測試符合試驗要求。

模型試驗應(yīng)力相似比Cσ=1，采用頂部加載的方式等效自重應(yīng)力。計算可知原型邊坡上部滑體、滑體下部巖體壓強分別為0.138，0.224 MPa。

考慮低溫對液壓系統(tǒng)的影響以及重力堆載空間限制影響，利用杠桿原理制作加載模型（圖1），根據(jù)靜力學原理，施加在模型上的荷載為

T3=T1×L1×L3L2×L4

（4）

式中" T1為杠桿懸掛重力，N；T3為模型頂部壓力，N；L1，L2，L3，L4分別為杠桿長度，m。

制作加載裝置實測左、右加載端荷載傳遞比為26.5，坡頂裂隙前、后端作用面積上的荷載值分別為0.648，16.002 kN，采用杠桿裝置對邊坡模型進行加載時，根據(jù)荷載傳遞規(guī)律及杠桿自重計算，左右兩端杠桿懸挑端配重物體質(zhì)量分別12.5，59.117 kg。

1.3" 凍融環(huán)境參數(shù)

邊坡受季節(jié)凍融循環(huán)影響，區(qū)域年最高平均氣溫為22 ℃，最低氣溫為-11.8 ℃，全年0 ℃以下時間約為6個月。為了滿足溫度相似，既

CQ/CTCs=1

（5）

式中" CQ為潛熱量縮比；Cs為容積比熱縮比。

根據(jù)試驗可知：Cs≠1，CQ≠1，為滿足相似準則，各點溫度為原型對應(yīng)點溫度需要乘以1/CT的系數(shù)，故凍融試驗溫度設(shè)定為-20～20 ℃。為了模擬邊坡實際凍融環(huán)境下氣溫沿坡面向坡體內(nèi)部傳導的過程，將模型除坡面外其他部分進行保溫棉包裹，視為隔熱處理。

模型材料與原巖導熱系數(shù)接近，即Cξ≈1。根據(jù)相似原理，以1年為凍融周期計算出單次凍融循環(huán)試驗時間為9.73 h，考慮到試驗中室內(nèi)制冷系統(tǒng)無法達到凍融效果，根據(jù)預實驗溫度場的監(jiān)測結(jié)果，設(shè)定凍結(jié)時間為72 h，融化時間為72 h。

1.4" 試驗監(jiān)測方案

邊坡模型凍融循環(huán)試驗過程中，為了監(jiān)測內(nèi)部溫度場、坡體位移、鎖固段變形破壞過程。設(shè)置監(jiān)測點布置（圖2），

溫度監(jiān)測點（T1-T15），橫向間距10 cm，縱向間距5 cm

。凍脹力監(jiān)測點沿裂隙底部，布設(shè)3個凍脹力監(jiān)測點（F1-F3），橫向間距與溫度測點保持一致。位移監(jiān)測點的布置沿坡面分布，在邊坡模型頂部和坡面中部位置處分別布設(shè)2個豎向位移監(jiān)測點（D1、D3）和2個水平位移監(jiān)測點（D2、D4）。應(yīng)變監(jiān)測點依次等間距沿裂隙面延長線方向垂直布置6個應(yīng)變片（S1-S6）。聲發(fā)射測試鎖固段所布設(shè)相鄰應(yīng)變片之間設(shè)置2個聲發(fā)射監(jiān)測點（A1、A2）。

2" 試驗結(jié)果

2.1" 邊坡主控裂隙溫度演化規(guī)律

裂隙內(nèi)部不同位置溫度變化規(guī)律基本一致。根據(jù)溫度變化速率，將裂隙內(nèi)的溫度變化情況分為6個階段。階段Ⅰ：快速降溫與過冷階段。環(huán)境溫度快速降低，裂隙內(nèi)部溫度迅速從20 ℃下降至-4 ℃，在14 740 s表現(xiàn)出明顯的“過冷”現(xiàn)象，即內(nèi)部裂隙水溫度降至冰點以下而仍未結(jié)冰。階段Ⅱ：潛熱釋放與相變結(jié)冰階段。隨著環(huán)境溫度的繼續(xù)下降，裂隙水釋放大量潛熱，導致裂隙內(nèi)部溫度在短時間內(nèi)迅速回升至0 ℃左右，發(fā)生水冰相變，但并未深度凍結(jié)，而是形成了初步密封的冰殼結(jié)構(gòu)，將未凍水包裹在內(nèi)。階段Ⅲ：持續(xù)降溫與凍結(jié)階段。期間裂隙冰的溫度逐漸下降，冰殼內(nèi)未凍水持續(xù)凍結(jié)，降溫速率也逐漸減緩，直至降至-20 ℃為止。階段Ⅳ：裂隙冰升溫與吸熱階段。環(huán)境溫度逐漸升高，裂隙冰吸收熱量，其溫度緩慢上升直至溫度接近0 ℃。階段Ⅴ：裂隙冰融化階段。當環(huán)境溫度繼續(xù)升高至冰體熔點時，裂隙冰頂部和兩側(cè)開始融化，溫度傳遞至裂隙底部時，冰體與裂隙內(nèi)壁脫粘，部分未融化的裂隙冰漂浮在裂隙水液面的頂部，并與所融化的水分混合。階段Ⅵ：裂隙水升溫階段。漂浮在裂隙頂部的冰在此階段內(nèi)完全融化，裂隙水的溫度持續(xù)上升，直至接近環(huán)境溫度。

2.2" 凍融循環(huán)過程中坡面的位移變化規(guī)律

將滑體視為剛體，

坡體位移變化規(guī)律可等效視為邊坡主控裂隙的發(fā)育規(guī)律，位移規(guī)律的變化特征可以反映邊坡凍融災(zāi)變的失穩(wěn)過程。根據(jù)凍融循環(huán)作用下坡體位移變化趨勢特征，可將邊坡凍融失穩(wěn)過程劃分為3個階段：損傷累積階段、裂紋擴展貫通階段、剪切破壞階段。凍融0～5次過程中的位移變化相對較小，水平位移和垂直位移的最大位移量約為0.5 mm，屬于損傷累積階段。該階段以凍脹損傷積累為主，邊坡內(nèi)部的微小裂紋和缺陷在凍融作用下逐漸發(fā)展，但尚未形成明顯的破壞，邊坡此時的整體結(jié)構(gòu)仍保持相對完整，能夠承受一定的外力作用。凍融6～14次水平位移呈“臺階”狀增大，最大位移量達3.8 mm，而垂直位移則是呈現(xiàn)出緩慢下降。后緣張拉裂隙端部在這一階段開始萌發(fā)裂紋并逐步擴展，屬于裂紋擴展貫通階段。邊坡主控裂隙貫通后邊坡并未失穩(wěn)，邊坡抗滑力由巖橋鎖固力和結(jié)構(gòu)面摩擦力共同承擔轉(zhuǎn)化為由結(jié)構(gòu)面摩擦力單獨承擔。

剪切破壞階段

坡體水平位移和垂直位移最大位移量保持穩(wěn)定，受循環(huán)凍脹力和溫度應(yīng)力作用呈臺階狀。凍融第20次凍融過程的融化階段，水平位移瞬間增大，垂直位移則是跌落至最低值，邊坡模型發(fā)生剪切失穩(wěn)破壞。

2.3" 邊坡凍融失穩(wěn)響應(yīng)特征

根據(jù)坡體的位移變化特征將邊坡失穩(wěn)過程劃分3個階段，其中凍融循環(huán)第1次、第6次、第14次和第20次分別為三階段始末節(jié)點，因此著重分析關(guān)鍵節(jié)點凍融循環(huán)過程中溫度、凍脹力、應(yīng)變、位移、聲發(fā)射等物理場響應(yīng)特征（圖5）。

2.3.1" 第1次凍融過程

凍結(jié)過程中溫度由20 ℃逐漸降低至-4 ℃，裂隙水出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，不會立即凍結(jié)；溫度的降低導致坡體內(nèi)巖石和水產(chǎn)生非均勻收縮，應(yīng)力重新分布進而促使坡體的水平位移逐步升高，但變化量僅為0.3 mm。裂隙水釋放出大量潛熱，使溫度從-4 ℃升至0 ℃，裂隙水開始相變結(jié)冰，形成冰殼結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)未凍水受到裂隙內(nèi)壁的約束致使其從頂部擠出；隨后在低溫作用下再次凍結(jié)，最終形成穩(wěn)定的冰殼，包裹在內(nèi)的未凍水向凍結(jié)方向遷移，產(chǎn)生的凍脹力快速增大，峰值達1 100 N；進而導致裂隙端部產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)變片S1、S2和S3的數(shù)值隨之升高，聲發(fā)射事件大量出現(xiàn)。當凍脹力達到穩(wěn)定狀態(tài)后，應(yīng)變也逐漸穩(wěn)定，期間水平位移繼續(xù)緩慢增大，聲發(fā)射事件和聲發(fā)射累積計數(shù)保持穩(wěn)定。

融化過程中

裂隙水由外向內(nèi)逐步融化，已經(jīng)融化的

水分向未融化冰方向遷移并再次凍結(jié)，形成二次凍脹力，使應(yīng)變片S1、S2和S3的數(shù)值進一步升高，但此階段所產(chǎn)生的凍脹力不足以促使裂隙擴展，所以聲發(fā)射事件較少。隨著溫度為0 ℃，裂隙冰融化，凍脹力消散，裂隙端部的彈性應(yīng)變逐漸恢復，但塑性變形累積進入下一次凍融循環(huán)過程，水平位移亦是如此。

2.3.2" 第6次凍融過程

凍結(jié)過程冷縮效應(yīng)、內(nèi)部應(yīng)力以及溫度的變化規(guī)律與第1次凍融循環(huán)相似。但邊坡經(jīng)歷了5次凍融損傷積累，裂隙端部經(jīng)過反復凍融損傷后開始擴展。故其端部應(yīng)變的變化趨勢與第1次相似，但其變形值卻顯著增大。裂隙擴展凍脹力釋放導致凍脹力峰值由第1次的1 100 N下降至

650 N。坡面的水平位移從0.45 mm增加至0.7 mm，殘余變形從0.05 mm增加至0.36 mm。

AE事件第6次凍融過程中的凍脹階段出現(xiàn)最頻繁（圖5（b））。

融化過程凍脹力和應(yīng)變的二次峰值及消散過程與第1次凍融循環(huán)相似，但塑性應(yīng)變量和水平位移殘余值均增大。

2.3.3" 第14次凍融過程

裂隙內(nèi)部溫度和凍脹力的變化規(guī)律與第1次、第6次凍相似，但凍脹力峰值已降低至310 N，應(yīng)變片S1、S2和S3在凍脹階段先后被拉斷，單次凍融的水平位移達到最大值1.1 mm，其累積變形已達到4 mm，聲發(fā)射事件也在本次循環(huán)內(nèi)達到頂峰，說

明此時鎖固巖體以及斷裂，主控裂隙貫通（圖5（c））。

2.3.4" 第20次凍融過程

邊坡在經(jīng)歷14次凍融后，鎖固段斷裂但邊坡尚未失穩(wěn)，邊坡滑體與滑床已經(jīng)分離，裂隙水流散，凍脹力消散。由于邊坡滑體分離導致聲發(fā)射探頭不能捕獲聲音信號，因此第20次凍融過程中不再出現(xiàn)溫度、凍脹力、聲發(fā)射事件的變化曲線。在凍結(jié)階段，應(yīng)變和水平位移增大后保持穩(wěn)定，融化階段應(yīng)變和水平位移未能產(chǎn)生與第1、6、14次凍融過程中類似的變化趨勢，仍是保持穩(wěn)定不變，表明坡體已經(jīng)進入塑性剪切階段，不能立即恢復彈性變形，S4、S5、S6應(yīng)變片在瞬間被拉斷，水平位移也立即陡升發(fā)生失穩(wěn)破壞。

2.4" 滑移型巖質(zhì)邊坡凍融失穩(wěn)機制

根據(jù)模型試驗結(jié)果，將凍融誘發(fā)邊坡滑移失穩(wěn)過程劃分為4個時期，如圖6所示。

1）凍脹損傷積累期。裂隙端部存在天然缺陷區(qū)域可視為初始損傷，水分滲入端部缺陷反復凍結(jié)過程中水冰相變產(chǎn)生凍脹損傷，萌發(fā)微裂紋形成局部損傷區(qū)，融化階段水分持續(xù)滲入局部損傷區(qū)，進而形成微裂紋叢集。但凍融循環(huán)初期邊坡主控裂隙端部未出現(xiàn)宏觀裂紋，邊坡滑體變形較小。此階段可認為邊坡抗滑力主要由巖橋提供，邊坡處于“巖橋鎖固”狀態(tài)。

2）主控裂隙擴展期。反復凍融損傷引起端部微裂紋叢集逐步聯(lián)通，出現(xiàn)明顯的宏觀裂紋，裂隙端部發(fā)生塑性變形，邊坡滑體的水平位移快速增大。滑體的豎向位移則逐步降低，邊坡主控裂隙逐步發(fā)育擴展。此階段可認為邊坡抗滑力由巖橋和裂隙結(jié)構(gòu)面的摩擦力共同承擔，可視為邊坡由“巖橋鎖固”轉(zhuǎn)化為“巖橋-摩擦共鎖”。

3）裂隙擴展貫通期。隨著凍融持續(xù)進行，邊坡主控裂隙逐步擴展直至貫通，邊坡滑體的水平位移和垂直位移保持穩(wěn)定，并未發(fā)生滑移破壞。此階段可認為邊坡抗滑力滑移面摩擦力共同承擔，可視為邊坡由“巖橋-摩擦共鎖”轉(zhuǎn)化為“摩擦鎖固”。

4）邊坡解鎖失穩(wěn)期。邊坡主控裂隙貫通后，滑體的水平位移和豎向位移基本保持穩(wěn)定，伴隨著凍融循環(huán)持續(xù)進行，邊坡滑面的抗剪強度降低，直至不能抵抗滑體的下滑力發(fā)生滑移破壞，視為邊坡“摩擦鎖固”解鎖失穩(wěn)。

3" 結(jié)" 論

1）邊坡主控裂隙內(nèi)不同位置溫度變化基本一致。溫度變化可分為快速降溫與過冷、潛熱釋放與相變結(jié)冰、持續(xù)降溫與凍結(jié)、裂隙冰升溫與吸熱、裂隙冰融化、裂隙水升溫等6個階段。

2）凍融循環(huán)過程中凍脹力大小與溫度變化相關(guān)。隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加凍脹力峰值減小。首次凍融循環(huán)過程中凍脹力達到最大，發(fā)生于溫度變化階段Ⅱ，二次凍脹發(fā)生于溫度變化階段Ⅴ。

3）凍融循環(huán)過程中邊坡滑體位移可分為3個階段：凍融0～5次水平與垂直位移量均較??；凍融6～14次水平位移呈“臺階”狀快速增大，垂直位移平緩持續(xù)降低；凍融15～19次水平與垂直位移量基本保持不變，直至凍融20次邊坡失穩(wěn)位移瞬間增大。

4）將凍融誘發(fā)邊坡滑移失穩(wěn)過程劃分為凍脹損傷積累、主控裂隙擴展、裂隙擴展貫通、邊坡解鎖失穩(wěn)等4個時期。凍融誘發(fā)邊坡失穩(wěn)機制可視為：“巖橋鎖固”逐步轉(zhuǎn)化為“巖橋-摩擦共鎖”，巖橋斷裂解鎖，進而轉(zhuǎn)化為“摩擦鎖固”，滑面凍融抗剪劣化導致摩擦解鎖邊坡失穩(wěn)。

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（責任編輯：李克永）