本文是一篇建筑施工与管理论文，本文主要从程序编制、模型建立、数值模拟三方面开展工作。首先在文中提及的边坡稳定性分析理论的基础上，通过有限差分软件编制出多年冻土边坡融化过程稳定性分析程序，建立分析多年冻土边坡融化过程稳定性的数值分析平台；
1绪论
1.1研究背景与意义
冻土通常被定义为低于零度，且包含冰的土壤或各种岩体，根据其连续冻结时间的长短又分为多年冻土、季节性冻土和瞬时冻土[1]。其中多年冻土是指保持冻结数年至数万年以上的土体，主要存在于地下一定范围内[2]。我国幅员辽阔，冻土分布广泛，作为世界上第三大冻土大国，冻土面积约占我国总面积的四分之三，其中多年冻土约占国土面积的四分之一，主要分布于我国青藏高原、西北高山和东北部的大、小兴安岭及松嫩平原等地区[3,4,5,6]。图1-1[7]为多年冻土在中国的分布区域图。
冻土作为一种特殊的物质，因土体中含有冰这一特殊固体成分，使得冻土与未冻土存在明显的差异，也正是因为冻土含有冰，使冻土对温度极其敏感，导致冻土在很大程度上具有不稳定性[2]。人类的发展与冻土密切相关，近几十年以来，为开发和利用冻土区的宝贵资源，建立当地居民与外界的交流通道，诸多国家在冻土区开展了大量的工程建设，许多工程问题也随之出现。俄罗斯在对位于西伯利亚地区的铁路进行调查研究时发现，冻土的融化是造成寒区铁路损害的重要因素[8]，为寒区工程建设提供了重要的参考价值。随着我国在多年冻土区的不断发展，许多工程建设持续实施，但由于对冻土的研究不够全面，缺乏在冻土地区的工作经验，给工程造成了一定程度破坏并埋下了安全隐患。
1.2国内外研究进展
1.2.1融土边坡稳定性分析方法
随着基础建设工程大规模的开展，山区内铁路、公路等交通设施的不断建设，由于地形的特殊，在进行过程中引发了多种地质灾害，如边坡失稳、隧道坍塌等[17]。在众多地质灾害中，滑坡是最常见也是对工程破坏最严重的一种地质灾害[18]。因此国内外众多研究人员对边坡的稳定性分析问题进行了大量的研究，并取得丰富的研究成果。现阶段对冻土边坡稳定性评价的方法主要基于融土地区边坡稳定性分析理论，通过对国内外研究成果进行总结，随着研究的不断深入和方法的进步，稳定性分析方法完成了从定性到定量、从传统理论解析方法到多场耦合数值方法的完善[19]。目前在非冻土区应用最广泛的边坡稳定性分析方法主要有基于经验的定性分析方法和以计算为主的定量分析方法。
1定性分析方法
在前期对边坡工程的研究过程中，由于人们对边坡的研究不够深入以及对滑坡现象的认知较少，故在研究边坡的稳定性时主要基于长期地质勘测资料进行定性分析。定性分析方法具体包括成因历史分析方法、工程类比法、专家系统法[22]等，主要是根据前人积累的大量野外工作经验、初始阶段收集的有关信息包括现场地质资料和试验数据以及准确的判断力，对斜坡的规模大小、气象环境、水文地质等边坡稳定性影响因素进行总结归纳，分析出边坡的潜在破坏形式和失稳力学机制，进而对边坡的稳定性进行评价并预测出边坡稳定性的发展趋势。
（a）成因历史分析法
该方法主要是对存在时间较长的自然边坡进行分析，研究边坡组成成分的种类、性质以及结构特点，通过对如今边坡的地质特征进行深入研究从而还原边坡在历史上的变形发展过程，确定影响边坡变形的主要因素，最终分析出边坡的稳定性现状以及发展趋势。采用该方法进行分析好处是，可以在一定程度上通过斜坡的地质情况预测斜坡的稳定性发展和随后可能出现的斜坡破坏模式。不过该方法具有较大的局限性，需要研究人员具有丰富的野外工作经验，并仅适用于对区域性天然斜坡稳定性的初步分析。
2有限差分法分析基本原理和稳定性分析基本理论
2.1有限差分法的基本原理
运用有限差分法进行分析计算的基本原理是将建立的模型划分为结构连续、节点数有限的单元，采用近似替代的计算方法，将单元中节点的导数替代为有限差分公式，从而采用数值计算方法对节点进行代数求解，然后将每个节点的计算结果通过重新组合的方式得到计算模型的近似解[57]。这种方法对于处理非线性问题具有显著优势，不仅在保持高精度分析的前提下降低了计算时长，还减少了储存空间。
有限差分法运算的基本步骤：首先对建立的模型进行区域离散化处理，即将模型进行网格划分，网格直线的交点称为网格节点，如图2-1所示，计算过程中施加的边界条件以及所有的力都作用在网格节点上。在网格划分过程中，应基于计算机的运行内存、计算结果的精度要求确定网格的大小和数量。然后将有限差分公式近似替代每一个网格节点的导数，通过求解差分方程的解作为微分方程的近似解。
2.2稳定性分析基本理论
本文将结合考虑冰-水相变的热传导方程、弹塑性本构关系以及强度折减法建立多年冻土边坡在融化过程中的稳定性分析理论。其中，在温度场分析中考虑冰-水相变的热传导方程用以计算描述土体的融化区域，力学场中使用弹塑性本构关系和强度折减法实时分析融化区域土体的应力应变状态和安全系数，进而描述多年冻土边坡在融化过程中的稳定性动态发展规律。
2.2.1冰水相变热传导理论
相对于常温地区的边坡，在多年冻土区，边坡的热稳定性与其温度场的变化有着密不可分的关系，温度的变化是导致边坡发生融化变形的基本因素。多年冻土边坡的融化过程是伴随冰水相变的传热过程，由于冻土在融化和冻结过程需要吸收和释放大量的热量，土体的比热容和热传导系数均会发生改变，从而使土体在冻融过程中产生一个相变区间，尤其当土体温度在0°左右发生变化，这种相变过程更为剧烈。因此在软件中进行温度场分析时，必须将相变考虑在内。
通过冰-水相变热传导方程计算坡体温度并确定融化区域后，采用弹塑性本构关系来描述融化区域内土体的应力-应变状态。其中，弹塑性本构关系包括弹性应力应变关系和摩尔-库伦塑性屈服准则两部分，前者用来计算初始地应力，后者用来判断坡体由弹性变形发展至塑性变形的极限状态以得到坡体塑性区域的分布范围。
3 基于FLAC3D开发的多年冻土边坡融化过程稳定性分析方法 ..... 21
3.1 FLAC3D模拟软件介绍 ......................... 21
3.1.1 FLAC3D软件功能介绍................. 21
3.1.2 FLAC3D软件求解步骤..................... 22
4 二维条件下多年冻土边坡融化过程稳定性分析 ............... 31
4.1 模型建立及边界条件设置 ............................... 31
4.1.1 计算模型 ........................................ 31
4.1.2 边界条件和初始条件 ..................... 32
5 三维条件下多年冻土边坡稳定性分析 ................... 41
5.1 研究区概况 .................................. 41
5.1.1 地理位置 ...................................... 41
5.1.2 气象条件 ................................. 41
5三维条件下多年冻土边坡稳定性分析
5.1研究区概况
5.1.1地理位置
研究选取的边坡位于我国西北地区青海省内109国道五道梁至风火山段沿线（E92°53′、N34°44′），地处青海省西南部的可可西里地区，该地区平均海拔超过4800米，属于典型的青藏高原多年冻土区，孕育着丰富的多年冻土，且以富冰冻土和饱冰冻土为主，含冰量较高。所选研究地点内多年冻土层的深度常年保持在50-80m，天然地表多年冻土上限则位于表层土体1.8-2.2m深度范围内，存在着2m左右的多年冻土活动层，活动层的土质主要为粉质粘土。研究区具体地理位置如图5-1所示。
6结论与展望
6.1结论
多年冻土区冻土的持续融化会造成融化后土体的物理力学性质发生显著变化，进而导致边坡滑塌、路基沉降等地质灾害的发生，给寒区基础工程建设带来挑战。为研究多年冻土区冻土持续融化条件下多年冻土边坡的稳定性和位移的变化过程，本文主要从程序编制、模型建立、数值模拟三方面开展工作。首先在文中提及的边坡稳定性分析理论的基础上，通过有限差分软件编制出多年冻土边坡融化过程稳定性分析程序，建立分析多年冻土边坡融化过程稳定性的数值分析平台；基于地形扫描数据，建立三维多年冻土边坡模型，形成一套完整的多年冻土边坡三维模型建模方法；考虑不同坡度、含水率、降水量和阴阳坡效应的影响，基于建立的数值分析平台和边坡模型，数值模拟多年冻土边坡稳定性和位移变形情况并进行对比分析，最后根据计算结果总结出多年冻土边坡在融化过程中的稳定性发展规律，得出的主要结论具体如下：
(1)基于冰—水相变热传导理论、弹塑性本构关系、强度折减法在有限差分软件中实现热-力耦合计算，形成一套适用于多年冻土边坡融化过程稳定性分析的计算程序，通过位移场计算结果与已有勘察资料对比，验证了该计算程序的可行性。
(2)由数值计算结果可知，多年冻土边坡安全系数随时间的发展先非线性降低，当降低到某一数值便不再发生变化，这表明多年冻土边坡融化过程稳定性动态发展规律主要为非线性降低和保持恒定两个阶段。当安全系数随融化深度的增加而非线性降低时，融化深度和塑性变形带的位置基本重叠，当安全系数随融化深度增加保持恒定时，融化深度与塑性变形带开始分离，且随时间发展塑性变形带位置保持不变，融化深度远低于塑性变形带，此时融化深度不再影响多年冻土边坡的稳定性。含水率和坡度对多年冻土边坡稳定性的影响与融土边坡相似，即多年冻土边坡的稳定性随坡度和含水率的增加逐渐降低，高含水率、高坡度的多年冻土边坡在自然
