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%。 2100433B

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。

全球气候的持续恶化，人类活动对自然环境的影响持续加剧，导致各类地质灾害层出不穷，其中滑坡是一种常见的地质灾害。根据对各种因素引发滑坡的频度统计，降雨是诱发滑坡的主导因素，研究降雨诱发滑坡的机制具有重要意义。 自然条件下由于地质作用以及风化作用等的影响，岩土常常表现出层状结构。针对此类边坡，应用不同的雨水入渗模型，研究不同降雨强度、表层土渗透系数、下层土渗透系数等情况下雨水的入渗过程。进而将雨水入渗过程分为不同时间，推导不同时间段层状边坡体中润湿锋的深度以及剖面中饱和度的变化，包括降雨停止后，雨水在土体的重分布过程，并由此分析边坡在降雨条件下的破坏过程。 建立雨水重分布的GA扩展模型，计算坡体内雨水重分布后的含水率。基于非饱和土抗剪强度理论的极限平衡法，建立无限长边坡安全系数与雨水累积入渗量以及雨水重分布持时的关系，从而阐释滑坡滞后性的机理；通过简化考虑气阻的入渗模型，研究气压对湿润峰下移的阻碍作用以及对入渗率的影响，对下部为基岩的大面积浅层边坡雨水入渗过程以及边坡稳定进行分析。研究结果表明，封闭气压显著降低了水体的入渗率，对安全系数的降低具有明显的延时性，从机理上揭示了部分地区雨后滑坡频繁发生的重要原因；倾角对雨水入渗和稳定性影响的探讨。目前大部分入渗模型是以水平面为基础建立的，深入探讨了累积入渗量和安全系数随边坡倾角增加的敏感度，将有助于进一步了解边坡入渗特性和准确判断边坡滑坡失稳；基于等效介质连续模型，将坡体表面的裂隙土看作由裂隙网络和土基组成的双孔隙体系，总结出一种确定裂隙土双峰特性的等效非饱和水力参数的方法。利用此预测的双峰特性的土水特征曲线来定量分析降雨条件下裂隙网络对坡体渗流场的影响，结果表明裂隙网络的存在为入渗雨水提供了优先通道，从而对边坡的稳定产生影响；建立了考虑饱和渗透系数变异性的降雨入渗物理模型，并藉此模型确定了坡体湿润锋深度和含水率分布，探讨了饱和渗透系数的变异系数、降雨持时和降雨强度对边坡破坏概率以及破坏发生时间概率分布的影响。结果表明在降雨初期，边坡的破坏概率随饱和渗透系数变异性的增强而逐渐增加，但随着降雨的持续，破坏概率开始随变异性的增强而显著降低，且滑坡最可能发生时间的大小并不受饱和渗透系数的变异性的影响，而是直接取决于降雨强度。 2100433B

自然条件下由于地质作用以及风化作用的影响，岩土表现出层状结构，在降雨入渗条件下沿接触面产生滑动破坏，此类边坡视为双层结构类型。双层边坡条件下借用Moore模型研究雨水入渗过程，通过将雨水入渗过程划分为不同阶段，获得不同时间不同深度处的饱和度、润湿锋深度等信息，简化雨水入渗过程的分析。滑坡发生过程中剪切面的破坏是一个渐进的过程，剪切带内发生应变局部化，导致应用经典连续介质力学理论进行有限元分析时，数值结果病态地依赖于单元的尺寸，应变局部化带的范围依赖于有限元网格密度，引入非局部变形理论来反映坡体剪切带内部微结构的演化过程及相互作用。通过将滑坡视为二元结构来简化雨水入渗过程，以及将非局部变形理论应用到剪切带的渐进破坏分析来揭示双层结构边坡雨水入渗的发生、发展及剪切带的渐进破坏过程，为滑坡的预防和治理提供依据。

工程实践已表明，山岭隧道洞口段在强震作用下易发生变形及失稳破坏。本项目拟针对隧道洞口段在强震作用下的动力响应、破坏规律和分析方法进行研究。通过理论分析、数值模拟和振动台模型试验：①提出结合突变理论的位移失稳判据，与塑性区贯通失稳判据相对比，建立适用于隧道洞口段的动力强度折减法失稳判据；②在该判据的基础上，对计算条件和强度折减的实施步骤进行研究，建立隧道洞口段在强震作用下的三维动力强度折减法计算方法；③结合汶川地震现场回访、数值计算结果和振动台模型试验，给出隧道洞口段围岩变形失稳的演化规律、边坡失稳的空间特征、洞口段衬砌及洞门结构的受力和变形特征等，对隧道洞口段失稳破坏全过程的力学机理进行深入的分析。最终建立适合隧道洞口段在强震作用下失稳的分析方法。该方法对类似工程的理论研究和设计、设防等工程实践具有重要的参考价值。