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研究作者与机构
本研究的主要作者为Zhiyong Zhang、Weixing Bao、Zhuo Li、Rui Chen和Xiaolin Guan，均来自中国西安长安大学公路学院。研究成果发表于2024年10月24日的《KSCE Journal of Civil Engineering》期刊，文章标题为《Experimental Study on the Failure Process of Loess Slopes in Ili under Freeze-Thaw and Rainfall》。
学术背景
本研究的主要科学领域为岩土工程（geotechnical engineering），特别是黄土滑坡的机理研究。伊犁地区是中国新疆黄土滑坡频发的区域，严重影响了当地工程项目的安全建设和运营。近年来，气候变化导致的极端天气事件频发，进一步加剧了滑坡灾害的风险。冻融循环（freeze-thaw cycle）和降雨是诱发黄土浅层滑坡的主要因素。然而，关于伊犁地区黄土滑坡在冻融和降雨作用下的破坏过程的研究较少。因此，本研究旨在通过现场调查与物理模型试验相结合，分析伊犁地区黄土浅层滑坡的破坏机理，为当地防灾减灾提供实验数据和理论依据。
研究流程
本研究主要包括以下几个步骤：
1. 研究区域与样本采集
研究区域位于中国西部边境的伊犁河谷，地理坐标为东经80°09′−84°56′，北纬42°14′−44°50′。研究区域地形复杂，以山地为主，黄土广泛分布于河流阶地、低山和山麓斜坡。研究样本采集自伊犁省道S316公路旁的一处边坡，采样深度为1.0−1.5米。样本的平均自然密度为1.74 g/cm³，通过筛分法和密度计法分析其颗粒级配曲线。
模型试验设计
以S316公路旁的高黄土边坡为原型，设计了一个几何相似比为50的模型边坡。模型边坡高度为800毫米，坡角为60°，采用伊犁黄土分层填充。试验中考虑了冻融循环和降雨的耦合作用，冻结期坡面温度为−20°C，融雪期坡面温度为20°C。降雨强度为1.4 mm/hour，每次降雨持续1小时，间隔7小时。
试验监测与数据采集
试验中使用了孔隙水压力传感器、温湿度传感器、摄像头和数据采集仪器，监测土壤温度、含水量和孔隙水压力的变化。试验还通过扫描电镜（SEM）观察冻融循环前后黄土的微观结构变化。
数据分析
试验数据通过Fredlund-Xing模型拟合土壤-水分特征曲线（SWCC），分析了冻融循环对黄土水分保持性能的影响。同时，通过直接剪切试验测量了冻融循环前后黄土的黏聚力和内摩擦角的变化。
主要结果
1. 冻融循环对黄土微观结构的影响
扫描电镜图像显示，冻融循环导致黄土内部裂纹和大孔隙增加，土壤结构破坏，黏聚力显著下降。经过三次冻融循环后，黏聚力从初始的22.82 kPa下降到8.11 kPa，降幅达64.5%，而内摩擦角仅下降1.4%。
模型边坡的变形与破坏
试验中观察到，由于冻融作用和融雪水渗透，边坡出现不均匀沉降和裂缝。第五次降雨后，裂缝完全贯通，局部破坏最大宽度达到150毫米，深度为45毫米。边坡的变形和失稳主要发生在浅层，未发生中深部滑坡。
水分与孔隙压力变化
试验监测数据显示，降雨和融雪水的渗透导致边坡含水量和孔隙水压力显著增加。冻结期水分向坡面迁移，孔隙水压力下降；融雪期水分迅速增加，孔隙水压力上升。
结论
本研究通过模型试验和现场调查，揭示了伊犁地区黄土边坡在冻融和降雨耦合作用下的破坏机理。冻融循环导致黄土微观结构破坏，黏聚力和水分保持性能显著下降，加速了边坡裂缝的形成和扩展。降雨和融雪水的渗透进一步加剧了边坡的失稳。研究结果为伊犁地区黄土滑坡的防灾减灾提供了重要的实验数据和理论支持。
研究亮点
1. 首次通过模型试验系统地研究了伊犁地区黄土边坡在冻融和降雨耦合作用下的破坏过程。
2. 揭示了冻融循环对黄土微观结构和力学性能的显著影响，特别是黏聚力的显著下降。
3. 提出了冻融-裂缝扩展-降雨渗透-潜在滑动面形成-浅层破坏的滑坡发展模式。
其他有价值的内容
本研究还指出，冻融循环和降雨的耦合作用不仅影响边坡的浅层稳定性，还可能导致局部破坏向大面积浅层滑坡转化。研究结果对季节性冻土区的滑坡防治具有重要的指导意义。未来的研究应结合遥感技术，加强对地质灾害的早期识别和预警。