冻融对黄土边坡稳定性的影响
冻融循环对黄土强度影响研究综述
冻融循环对黄土强度影响研究综述作者：仇楠马楠雷荣凯来源：《中国住宅设施》 2019年第1期摘要:针对黄土在经历冻融循环后土体强度的问题,归纳总结了冻融循环对黄土微结构以及力学性质和参数产生的影响、通过改性黄土提高土体强度的研究进展,并对未来该领域研究做出展望。
关键词:冻融循环;含水率;强度引言我国黄土分布广泛,且主要分布在西北、华北与东北地区,尤其集中分布在被称为黄土高原的陕西、甘肃以及宁夏等地区。
且宁夏处于季节性冻土地区, 从工程角度来讲, 季节性冻土对工程危害最大, 稍有不慎就会造成地面塌陷, 建筑物倾斜、倒塌, 冻融循环是季节性冻土区产生病害的关键因素[ 1 ]。
黄土经历冻融后土体结构容易发生改变进而影响黄土的工程性质, 比如黄土的抗剪强度、单轴抗压强度等。
进而会造成有些工程事故的发生, 因此研究冻融条件下黄土工程性质的变化规律就显得迫在眉睫。
目前国内已有部分学者针对黄土冻融后土体强度的问题进行了研究,本文主要对国内部分学者的相关研究成果进行梳理和总结。
1 研究进展1.1 冻融循环对黄土微结构的影响黄土是一种特殊土,具有水敏性、大孔性、结构性,其中结构性影响黄土的强度特性最为显著。
宏观上讲,结构性主要是指黄土抗压、抗剪等能力; 微观上讲, 主要是指黄土颗粒之间排列连接形式; 水、温度、外部荷载等因素可以改变土颗粒之间的连接和排列方式从而改变黄土的结构性[ 2 ]。
有研究发现,黄土体经过冻融循环后,土体颗粒之间连接形式改变,使土整体结构发生变化,对土体的强度特性产生很大的影响[ 3 ]。
并且,冻融作用对黄土微观结构影响显著,表现在黄土大骨架颗粒数量明显减少,颗粒变的较为松散,小孔隙也随之增多[ 4 ]。
具体表现为颗粒尺寸大部分变得一致,土粒结构发生明显改变,土颗粒由于土中孔隙水的冻结,连接不断减弱, 土中大孔隙不断增加, 破坏了黄土体结构的完整性, 使得土体强度减弱。
大孔隙相互连接形成孔隙水的迁移通道,使黄土表面冻害加剧且析冰量增加。
冻融循环作用下边坡地震动稳定性研究
冻融循环作用下边坡地震动稳定性研究
对边坡地震动稳定性研究，研究人员经常采用冻融循环作用。
本文探讨了冻融循环作用下边坡地震动稳定性的原理及其分析方法。
一、冻融循环作用下边坡地震动稳定性研究的原理
1、冻融循环作用下边坡地震动稳定性的特点
冻融循环作用下边坡地震动稳定性研究的特点，一是边坡的表面温度变化会影响边坡地震动稳定性，二是发生冻融循环作用时，边坡受到的地震动会随着温度的变化而发生变化。
2、冻融循环作用下的边坡地震动稳定性分析
冻融循环作用下的边坡地震动稳定性分析，一是针对边坡表面温度变化的分析，研究人员采用模拟分析技术分析外界环境温度变化状况，通过微观方程构建来分析边坡地震动稳定性；二是针对边坡受地震动的分析，通过多物理场耦合的动平衡模型，结合实地观测以及相关仿真计算技术，来分析边坡对地震动的反应情况，从而获得边坡地震动稳定性估算值。
二、分析方法
1、实验法
实验法是将实地观测数据结合经验公式和统计学方法，通过实地观测和仿真验证，来进行边坡地震动稳定性估算。
2、数值模拟
数值模拟方法包括数值模型构建、多物理场耦合分析与计算技术，这种方法的优势在于可模拟复杂地质环境下的变形过程，从而更准确地分析边坡地震动稳定性。
三、总结
本文综述了冻融循环作用下边坡地震动稳定性的原理及分析方法，其特点为边坡的外界环境温度变化会影响边坡地震动稳定性，可采用实验法、数值模拟及微观方程构建等方法分析边坡地震动稳定性。
当确定完善了边坡地震动稳定性分析方法后，可以在现实工程中应用，对公路、铁路、城市、河道岸边等边坡地段的安全性进行评估。
冻融作用对边坡稳定性的影响浅析
的边坡土体上部 ， 而土体中的水分来不及蒸发 ， 又由 于下 部是冻 结层 ， 分无 法继续 下渗 ， 水 融化 的土层 由
于粘 聚力及 内摩擦 力 的减小 ， 沿 着 下 面冻 结 土 层 便 的表 面 向下滑 动 ， 成路 堑边 坡 溜方 。如遇 春 雨 或 造 融雪通 流补 给 ， 更加 剧滑坡 的发 生 。
度、 潜在滑动土体的厚度、 融化后的边坡抗剪强度下
降幅度 、 边坡 土体 的 防护 状况 、 型 、 季 降 雪 和春 类 冬
融期 的降水量、 融化速度等因素有关 。参见图 １ 。
１５ 冻融滑坡 的稳定 计算 ．
塌、 崩塌 和剥 落 。 对 于粘性 土滑 坡 ， 滑 面接 近于 圆柱面 ， 其 作为平
般沿着 软弱层 面或 岩体 节理裂 隙形成 的滑 动 面发 生 滑移破 坏 。
１３ 冻融作 用对边坡 稳 定的影 响 ．
冻 融过 程 中岩土 体 内部 孔 隙增 大 ， 到冰 的相 水 变过程 所带来 的破坏 主要 为空 隙率 的增 加 以及完 整
性 的逐 步 丧 失 。冻 融 作 用 会 破 坏 土 体 内部 的凝 聚
随着山岭区高速公路建设的不断发展， 季节性
冰冻地 区在 春 融过程 中经 常发生施 工及运 营中的公 路 路 堑边坡 的溜方 、 塌等破 坏 ， 特点是 正常状 态 滑 其
下边坡 处于稳 定状 态 ， 只是 在 春 融期 间发 生浅 层 滑 塌 破坏 ， 并逐 层 向下发 展 ， 由此带来 较 大的工程 变 会
过程 主要 受土 体 中的水分场 、 应力 场 、 温度场及 其变 化规 律 的影响 ， 质是 冻土 多孔介 质 中土骨架 、 晶 本 冰 体 、 冻水 这三种 物 质 在 温 度 、 未 土水 势 、 力 与变 形 压 等外界 因素作用 下 的相互运 动 、 移 、 迁 扩散 与相 变 。
黑方台地区冻融作用及其对黄土斜坡稳定性的影响
回填土
二、冻融滞水诱发滑坡机理
➢冻融期间地温孔压监测结果分析
温度（℃） 孔隙水压力（Kpa）
冻结期，地下水 位持续升高。
间歇性冻
融期，地
完全融化期，
下水位缓
地下水位下降。
慢升高。孔隙水压力 0.1m处地温
30 25 20 15 10 5 0 -5 -10
191000-年1-012月 190121-3年-110月
0
冻结开始
66 -0.20m
50 100 150 200 250 300 350 400
5、6号观测井水位变化图
2011年全国工程地质学术年会
冻结滞水效应分析
冻融引起的地下水位最大雍高约为2.5m；冻 融引起地下水位雍高影响范围约为26m；
影响范围
冻融水位雍高（m）
3
2.5
水位 2 雍高 幅度 1.5 （m） 1
1、2号观测井水位变化图
2011年全国工程地质学术年会
冻结滞水效应分析
6
5
4 321
360
240
144
冻结开始
1674.14 1674.12 1674.10 1674.08 1674.06 1674.04 1674.02
0
33
1676.50
1676.48
±0.04m
1676.46 1676.44 1676.42
12 10
8 6 4 2 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月份
黑方台地区1980-2010年间滑坡发生月份统计图（据永靖县国土资源局记载整理）
数量（个）
2011年全国工程地质学术年会
问题提出
黑方台
冻融作用对原状黄土抗剪强度的影响规律
冻融作用对原状黄土抗剪强度的影响规律冻融作用是指地下水位在冬季下降，地下土壤中的水分在冻结过程中体积膨胀形成冰层，然后在春季融化时，土壤体积恢复，这个过程叫做冻融作用。
在地下工程施工中，冻融作用对土体的影响是不可忽视的，尤其对于黄土这种土质，更是需要引起工程师们的高度重视。
本文将探讨冻融作用对原状黄土抗剪强度的影响规律，为工程实践提供理论依据。
冻融作用对原状黄土抗剪强度的影响是显著的。
在冻融循环过程中，土壤颗粒之间的摩擦力和粘聚力发生了变化，导致了土壤的抗剪强度发生变化。
研究表明，冻融循环会使得原状黄土的抗剪强度发生较大的波动，有时甚至会出现剧烈的降低。
这说明冻融作用对原状黄土的抗剪强度有着重要而明显的影响。
冻融作用对原状黄土抗剪强度的影响规律并不是简单的单向作用。
冻融循环对原状黄土抗剪强度的影响是一个复杂的过程，不仅仅受到土壤自身特性的影响，还受到外部条件的影响。
在冻融作用中，土壤中的结构破坏、孔隙结构的变化、含水量的变化等因素都会影响原状黄土的抗剪强度。
要想深入研究冻融作用对原状黄土抗剪强度的影响规律，必须综合考虑各种因素的影响，不能简单地进行简单的模拟和推测。
冻融作用对原状黄土抗剪强度的影响规律还具有一定的规律性。
通过大量的实验数据和理论分析可以得出，冻融循环对原状黄土抗剪强度的影响并不是随机的，而是具有一定的规律性。
一般来说，原状黄土的抗剪强度在冻融循环中会呈现出先减小后增加的趋势。
也就是说，经过一定次数的冻融循环后，原状黄土的抗剪强度会出现周期性的变化，呈现出一定的规律性。
这为我们研究冻融作用对原状黄土抗剪强度的影响规律提供了重要的参考依据。
冻融作用对原状黄土抗剪强度的影响规律对地下工程的稳定性和安全性具有重要意义。
地下工程的建设和运行都会受到冻融作用的影响，尤其是对于黄土地区的工程来说，更是需要引起高度重视。
深入研究冻融作用对原状黄土抗剪强度的影响规律，可以为地下工程的设计、施工和维护提供重要的理论依据，有助于提高工程的整体稳定性和安全性。
冻融作用下多年冻土边坡局部稳定性研究
冻融作用是指由于地表温度的周期性变化而引起的冰冻与融化现象。
对于多年冻土边坡来说，冻融作用是一个重要的稳定性影响因素。
在研究
冻融作用下多年冻土边坡局部稳定性时，需要考虑冻土的力学性质、水热
运移特性以及冻融过程对边坡稳定性的影响等方面。
首先，冻土的力学性质对多年冻土边坡的稳定性具有重要的影响。
多
年冻土由于含有一定的冰水，其强度和刚度往往较低。
随着冻融循环的进行，冻土的力学性质会发生较大的变化，进而影响边坡的稳定性。
因此，
研究冻土的力学性质对于评估边坡的稳定性至关重要。
其次，冻土的水热运移特性也对多年冻土边坡的稳定性有影响。
冻土
中的冰水在冻融过程中会发生相变，导致水的运移和渗透性发生变化。
这
种变化可能导致冻土边坡局部出现水分渗透以及冻结胀缩等现象，进而导
致边坡的局部不稳定性。
因此，研究冻土的水热运移特性对于评估边坡的
稳定性也是非常重要的。
最后，冻融过程对边坡稳定性的影响需要进行深入研究。
冻融过程中，冻土中的冰水从结冰到融化的过程中会发生体积变化，形成冻胀和冻缩。
这种体积变化会导致边坡土体的颗粒重排和变形，进而引起边坡的位移和
破坏。
因此，研究冻土边坡在冻融过程中的变形和应力响应是十分必要的。
总之，冻融作用是一个重要的影响因素，研究冻融作用下多年冻土边
坡局部稳定性可以从冻土的力学性质、水热运移特性以及冻融过程对边坡
稳定性的影响等方面进行。
这些研究工作对于评估和保护多年冻土边坡的
稳定性有重要的意义。
冻融循环对兰州黄土边坡稳定性的影响分析
第２ 期 ３
２０ ０ ９年 １ ２月
科
学
技
术
与
工
程
⑥
Ｖｏ． Ｎｏ ２ Ｄｅ ． ２ ｏ９ １９ ．３ ｃ ０
１７ —８９ ２ ０ ）３ ７ １—５ ６ １１ １（ ０９ ２ —２４ ０
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔｅ ｎ ｌｇ ｎ ｇｎ ｅ ｉｇ ｃｅ ｃ ｃｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
岩 土 工程 领 域 的 勘察 与 设 计 。Ｅ ｍ ｉ ｈｗ ｉ １ １６ （１。 － ａ ：ｕ ｅ ２ ＠ ２ ．０１ ｌ ０ ３１
２ ３期
胡
伟， ： 等 冻融循环对兰州黄土边坡稳定性的影响分析
有 限元 强 度 折 减 法 不 需 要 对 滑 动 面形 状 和 位
１ 边坡安全系数求解方法
研 究 。根 据 计 算 结果 发 现 ， 融循 环 对边 坡 的稳 定 性 有 较 大影 响 。 冻
关键词
兰州黄土
冻融循环
强度折减法 Ａ
中图法分类号
Ｔ ４ ５ Ｕ４ ；
文献标志码
土体冻融前 后 的力 学性 质 会发 生 变化 ， 因此 在 季节性 冻土 区建 设 的 时候 必 须 充 分 考 虑 冻 融循 环 对土体 的作 用 。冻 融也就 是破 坏 了土颗 粒 间 的
层 边坡 的失 稳 在 形 成机 理 及 力 学 分 析 方 法 存 在 明 显的不 同 ， 因此很 有 必要 对冻 融 前后 的土坡 稳定 性进 行分析 研究 。 黄土在 我 国西 北 地 区广 泛分 布 ， 州黄 土 是兰 兰
隙， 同时土孑 隙 中的细 颗粒 土 可 能在 冻融 过 程 中减 Ｌ 少 。 目前 的大致认识 是经 过冻 融 循环 ， 的 渗透 系 土
冻融循环作用对黄土抗剪强度及边坡浅层稳定性的影响研究
冻融循环作用对黄土抗剪强度及边坡浅层稳定性的影响研究冻融循环作用对黄土抗剪强度及边坡浅层稳定性的影响研究摘要：随着气候变化的加剧，地区的冻融循环频率和强度也在增加。
为了探究冻融循环对黄土抗剪强度及边坡浅层稳定性的影响，本研究通过现场观测和室内试验相结合的方法，对黄土在冻融循环条件下的力学特性进行了研究。
研究结果表明，黄土在冻融循环作用下会出现一定程度的破坏，导致抗剪强度降低和边坡浅层稳定性下降。
这对于边坡工程的设计和施工具有重要的意义。
1. 引言黄土作为一种典型的软土工程材料，广泛应用于边坡工程中。
然而，由于黄土的特殊物理和力学特性，其在冻融循环作用下容易发生极性改变，导致边坡的破坏。
因此，研究黄土在冻融循环条件下的力学特性对于边坡的设计和施工具有重要的意义。
2. 方法与实验设计本研究选取了黄土边坡作为研究对象，通过现场监测和室内试验相结合，对冻融循环条件下的黄土进行了力学特性的研究。
现场监测包括对边坡的位移、变形以及周边环境因素的记录；室内试验则通过制备黄土模型，在低温箱中对其进行冻融循环试验。
试验设计包括不同冻融循环周期、不同冻融循环强度以及不同含水率等参数的变化。
通过对比不同试验条件下的数据，分析冻融循环对黄土抗剪强度和边坡稳定性的影响。
3. 结果与讨论通过实验数据的分析，我们发现黄土在冻融循环作用下会出现一定程度的破坏。
随着冻融循环周期的增加和循环强度的增大，黄土的抗剪强度逐渐降低。
这主要是由于冻融循环引起了黄土中冰的形成和膨胀，从而导致黄土内部的孔隙度变化和颗粒强度减弱。
当黄土的抗剪强度降低到一定程度时，边坡的浅层稳定性将受到严重影响，容易发生滑坡等破坏现象。
4. 影响因素分析除了冻融循环周期和循环强度外，黄土的含水率也是影响其抗剪强度和边坡稳定性的重要因素。
较高的含水率会使黄土中的冰的形成更加容易，从而加剧黄土的破坏程度。
此外，黄土的粒度组成、结构和含水量分布也会对冻融循环作用的影响产生一定的影响。
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摘
Hale Waihona Puke 场的变化情况， 选取干容重为主要研究参数， 并运用毕肖普法和牛顿迭代法计算安全系数， 分析冻融条件 下黄土边坡稳定性。结果表明， 干容重对黄土边坡稳定性具有重要影响， 冻融通过改变干容重大小来影响 黄土边坡的稳定性； 黄土干容重初始值较小时， 冻融后干容重会增大， 边坡安全系数增大边坡趋于稳定， 黄 土干容重初始值较大时， 冻融后干容重会减小， 边坡安全系数急剧减小边坡趋于不稳定； 存在一个最优干 容重即冻融后干容重大小不发生改变， 此时黄土边坡稳定性受冻融的影响较小。 关键词 ： 黄土； 冻融； 随机场； 干容重； 边坡稳定性 中图分类号 ： TU445 文献标识码： A doi ： 10. 3969/j. issn. 1674⁃2869. 2018. 04. 015
Influence of Freeze-Thaw on Stability of Loess Slope
2 BIAN Xiaoya1， ， BAI Junlong2， ZHANG Jun1
1. Key Laboratory of Highway Construction and Maintenance Technology in Loess Region， Taiyuan 030006， China； 2. School of Civil Engineering and Architecture， Wuhan Institute of Technology， Wuhan 430074， China
Abstract： Freeze-thaw has great influence on the loess slope stability. The changes of soil property after freeze-thaw were studied with random field model by MATLAB software. Dry bulk density was selected as the main parameter. Bishop method and Newton iteration method were used to calculate safety factor of loess slope. The results indicated that the dry bulk density plays an important role on the loess slope stability. The dry bulk density of loess，the safety factor of the loess slope increased to make the loess slopes more stable with freeze-thaw influenced the loess slope stability by changing the dry bulk density. At the smaller initial value of the dry bulk density increasing after freeze-thaw ，while at the larger initial value of dry bulk density of loess， the safety factor of the loess slope decreased to make the loess slopes unstable with dry bulk density decreasing after freeze-thaw. There is an optimum dry bulk density that will not change after freeze-thaw ，having less effect on the loess slope stability. Keywords： loess； freeze-thaw ； random field； dry bulk density； slope stability 冻融做为强风化过程， 容易造成土体膨胀产 生裂缝而改变土体的结构， 对土体工程性质产生 较 大 影 响 。 加 拿 大 北 部 不 列 颠 哥 伦 比 亚 Mount
［1］
融 化 水 在 冻 结 层 顶 部 聚 集 而 导 致 的 边 坡 失 稳［2］。 因此， 在季节性冻土区进行工程建设应充分考虑 冻融循环对土体边坡稳定性的影响。 在边坡稳定性研究中经常通过建立随机场来 分 析 问 题 。 Zhu 等［3］研 究 了 一 种 生 成 多 变 量 交 叉
Robson 公园一处泥石流的形成就是因为表层土经 冻融后结构变得松散， 加之融雪水与季节性冻土
第4期
第 40 卷第 4 期 2018 年 8 月
武 汉 工 程 大 学 学 报 Journal of Wuhan Institute of Technology
Vol.40 No.4 Aug. 2018
文章编号 ： 1674 - 2869 （2018） 04 - 0425 - 05
冻融对黄土边坡稳定性的影响
边晓亚 1 ，2 ， 白俊龙 2 ， 张 军1
1. 黄 土 地 区 公 路 建 设 与 养 护 技 术 交 通 行 业 重 点 实 验 室 ， 山 西 太 原 030006 ； 2. 武 汉 工 程 大 学 土 木 工 程 与 建 筑 学 院 ， 湖 北 武 汉 430074
要： 冻 融 对 黄 土 边 坡 的 稳 定 性 影 响 较 大 。 利 用 MATLAB 软 件 生 成 图 像 研 究 冻 融 条 件 下 土 性 参 数 随 机
收稿日期 ： 2017-12-04
基金项目 ： 国家自然科学基金 （51708428） ； 黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室开放基金 （KLTLR-Y14-4） ； 作者简介 ： 边晓亚， 博士， 讲师。 E-mail： bianxy@ 武汉工程大学科学研究基金 （K201723）