張國(guó)祥 孫愛斌 王亞坤 錢任

中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300142

伴隨各個(gè)地區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，為保證道路邊坡質(zhì)量，格構(gòu)式護(hù)坡已經(jīng)成為一種普遍的邊坡防護(hù)手段。針對(duì)裝配式護(hù)坡結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及支護(hù)特性，秦宇、曹以燦、黃帆、徐化新、曹尤格等［1-5］通過改變裝配式護(hù)坡構(gòu)造研究了新型構(gòu)造下支護(hù)及功能性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。劉妮娜等［6］結(jié)合實(shí)際工程滑坡的治理，探討了格構(gòu)式錨桿框架結(jié)構(gòu)支護(hù)松散堆積邊坡的設(shè)計(jì)全過程。王猛等［7］結(jié)合路基工程實(shí)例總結(jié)格梁錨索在路塹邊坡防護(hù)中應(yīng)用的施工技術(shù)要點(diǎn)。禹建文［8］結(jié)合武英高速公路探究了預(yù)應(yīng)力錨桿框架梁在邊坡中的加固作用與機(jī)理。Galli等［9］定量地討論了樁土力學(xué)相互作用以及樁基行為中可能存在的非線性位移。Abdi等［10］使用有限元方法數(shù)值模擬并充分評(píng)估方框和土工格柵的支護(hù)效應(yīng)。Stocker等［11］指出土釘支護(hù)時(shí)在邊坡凍結(jié)期間土釘軸力明顯提高，而解凍之后土釘軸力開始衰減。Mosallanezhad等［12］通過數(shù)值模擬和試驗(yàn)方法研究了一種新型抗拔阻力系統(tǒng)，用于測(cè)量加筋土系統(tǒng)中土與鋼筋之間的相互作用參數(shù)。梁明學(xué)等［13］對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索加固的一個(gè)典型邊坡工點(diǎn)進(jìn)行非線性有限元分析，探討了邊坡的位移及安全系數(shù)。朱大鵬等［14］通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析了格構(gòu)梁在邊坡治理過程中的內(nèi)力變化情況，重點(diǎn)討論了格構(gòu)梁在縱梁和橫梁中的錨固力分配問題。朱寶龍等［15］通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究了預(yù)應(yīng)力錨索框架在土質(zhì)邊坡支護(hù)中的內(nèi)力分布規(guī)律。韓冬冬等［16］通過大型物理模型試驗(yàn)，分析了土質(zhì)格構(gòu)錨桿在坡頂荷載作用下的位移與受力情況。

在北方寒冷地區(qū)地層復(fù)雜，環(huán)境溫度多變，格構(gòu)式邊坡防護(hù)極易產(chǎn)生漲縮變形導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)［17-19］。因此，考慮在格構(gòu)式骨架中嵌固漿砌片石結(jié)構(gòu)形成一種新型格構(gòu)式護(hù)坡結(jié)構(gòu)。相較于傳統(tǒng)格構(gòu)式邊坡防護(hù)，新型護(hù)坡結(jié)構(gòu)在經(jīng)濟(jì)節(jié)能前提下能夠很大程度提高邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，漿砌片石結(jié)構(gòu)在低溫條件下仍可保持較高的力學(xué)特性，能夠與格構(gòu)梁共同承擔(dān)坡頂與邊坡土體的荷載，從而優(yōu)化支護(hù)效果。新型結(jié)構(gòu)的選材配比以及支護(hù)效果還有待進(jìn)一步探究。首先，內(nèi)嵌漿砌片石結(jié)構(gòu)最優(yōu)選材及配比有待進(jìn)一步商榷，不同結(jié)構(gòu)在凍融效應(yīng)下的力學(xué)特性以及凍脹損傷表現(xiàn)尚不明確。其次，新型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的位移應(yīng)力分布及其與傳統(tǒng)格構(gòu)式護(hù)坡結(jié)構(gòu)的差異仍需進(jìn)一步研究。最后，北方地區(qū)特殊氣候環(huán)境下，護(hù)坡結(jié)構(gòu)普遍存在凍融效應(yīng)，分析格構(gòu)式護(hù)坡結(jié)構(gòu)在溫度影響下的力學(xué)響應(yīng)變化規(guī)律變得尤為重要。

本文通過室內(nèi)模型試驗(yàn)以及數(shù)值模擬研究?jī)鋈谛?yīng)下漿砌片石結(jié)構(gòu)的最優(yōu)材質(zhì)與配合比，從實(shí)際工程出發(fā)探討新型護(hù)坡結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)格構(gòu)式護(hù)坡結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律。分析不同護(hù)坡結(jié)構(gòu)的變化差異，驗(yàn)證新型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的適用性。

1 室內(nèi)模型試驗(yàn)

1.1 試件的制備

選用西北地區(qū)多產(chǎn)的三種石材（多孔玄武巖、花崗巖、石英砂巖）作為漿砌片石結(jié)構(gòu)的骨料，由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際漿砌片石護(hù)坡結(jié)構(gòu)尺寸較大，骨料粒徑均大于150 mm，室內(nèi)儀器很難對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)分析，故本文根據(jù)相似理論對(duì)漿砌片石結(jié)構(gòu)進(jìn)行縮尺設(shè)計(jì)，石材粒徑控制在40～70 mm，具體尺寸分別為200 mm×200 mm×200 mm與100 mm×100 mm×400 mm，將立方體試件用于抗壓強(qiáng)度測(cè)定，條形試件用于砂漿-片石界面黏結(jié)強(qiáng)度測(cè)定。骨料篩分結(jié)果見表1。砂漿中細(xì)集料為中砂，水泥選用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，基本性能參數(shù)見表2。

表1 骨料篩分結(jié)果

表2 P·O 42.5水泥的基本性能參數(shù)

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

本次試驗(yàn)主要使用儀器設(shè)備為泰斯特高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱，由工作室、制冷系統(tǒng)、TK6071智能溫控儀和PID自協(xié)調(diào)平衡系統(tǒng)組成，通過可編程溫濕度控制器設(shè)定試驗(yàn)箱內(nèi)的環(huán)境條件。其中工作室溫度在-50～150℃，濕度在20%～98%RH，內(nèi)膽材質(zhì)為高級(jí)不透鋼板。

該高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱的特點(diǎn)為：①通過設(shè)備控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)工作室內(nèi)溫濕度，能穩(wěn)定溫度偏差±2℃，濕度偏差+2-3%RH范圍內(nèi)。②能夠設(shè)定溫濕度變化速率，模擬實(shí)際凍融循環(huán)過程。③可以自由控制各溫度區(qū)間循環(huán)試驗(yàn)時(shí)間，實(shí)測(cè)各循環(huán)周期下試件的性能。④可配合靜態(tài)應(yīng)變儀，利用粘貼在試件表面的應(yīng)變片，測(cè)定分析各溫度區(qū)間下試件的應(yīng)變情況。

試件的力學(xué)性能通過骨料-砂漿界面黏結(jié)強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度反映，分別采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)WAW-600與Rfp-03智能測(cè)力儀測(cè)定，見圖1。其中萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)WAW-600測(cè)量精度為±1%，控制加載速率為50 mm/min；Rfp-03智能測(cè)力儀加載速率控制在0.5～1.2 MPa/s。

圖1 試驗(yàn)儀器

1.3 試驗(yàn)方案

為綜合探究漿砌片石結(jié)構(gòu)在凍融后的力學(xué)特性及潛在影響因素，本次試驗(yàn)將從凍融周期、結(jié)構(gòu)材質(zhì)及配比、黏結(jié)強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度出發(fā)設(shè)計(jì)多種工況。對(duì)比各組試件的試驗(yàn)結(jié)果，綜合評(píng)估各材質(zhì)配比條件下試件的力學(xué)特性，具體試驗(yàn)方案見表3與表4。

表3 條形試件配比

具體實(shí)施步驟為：①試件初凝后將應(yīng)變片通過砂漿粘貼在試件側(cè)表面，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下完成終凝成型。②用于強(qiáng)度試驗(yàn)的試件可直接砌筑成型，凍融試件需先放入高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱進(jìn)行凍融循環(huán)處理，依據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)所在地春冬季平均晝夜環(huán)境溫度（-30～15℃），按正弦規(guī)律變化對(duì)試件進(jìn)行溫度設(shè)定，凍融周期為24 h。③將養(yǎng)護(hù)7 d與28 d的條形試件放入萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)WAW-600的工作臺(tái)上，使其荷載方向與試件成型時(shí)的壓力方向保持一致，上下壓塊應(yīng)處于試件三分點(diǎn)位置。加載時(shí)保持均勻連續(xù)，直至試件破壞。④將經(jīng)過凍融后的立方體試件放入Rfp-03智能測(cè)力儀承壓板面中心，對(duì)準(zhǔn)上支撐面確保受力均勻。打開輸油閥，當(dāng)測(cè)力儀壓力值顯示為負(fù)數(shù)或驟降時(shí)，表示試件已被破壞。⑤測(cè)定試件溫度收縮性能時(shí)，通過應(yīng)變片導(dǎo)線連接靜態(tài)應(yīng)變儀，實(shí)時(shí)觀測(cè)試件在不同溫度區(qū)間應(yīng)變的變化。

表4 立方體試件配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 骨料-砂漿界面黏結(jié)強(qiáng)度

按照上述試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)后，得出常溫下各組試件的抗折強(qiáng)度。通過試件的抗折強(qiáng)度反映結(jié)構(gòu)中骨料-砂漿界面的黏結(jié)強(qiáng)度，結(jié)果見表5。

表5 骨料-砂漿界面黏結(jié)強(qiáng)度

由表5可知：①純砂漿條形試件的抗折強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各材質(zhì)骨料-砂漿界面黏結(jié)強(qiáng)度，其次各組試件隨著骨料配比的增大其抗折強(qiáng)度都有一定程度的衰減趨勢(shì)。充分說明了在漿砌片石結(jié)構(gòu)中，首先發(fā)生破壞的是骨料與砂漿的交界面處，側(cè)面反映了提高骨料與砂漿的黏結(jié)強(qiáng)度能夠有效提高漿砌片石結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能。其中多孔玄武巖骨料-砂漿界面黏結(jié)強(qiáng)度略高，其28 d養(yǎng)護(hù)齡期下平均強(qiáng)度可達(dá)2.31 MPa，比7 d養(yǎng)護(hù)齡期下強(qiáng)度增強(qiáng)了125%；花崗巖骨料-砂漿界面強(qiáng)度次之，其28 d養(yǎng)護(hù)齡期下平均強(qiáng)度可達(dá)1.95 MPa，比7 d養(yǎng)護(hù)齡期下強(qiáng)度增強(qiáng)了138%；石英砂巖骨料-砂漿界面強(qiáng)度最低，其28 d養(yǎng)護(hù)齡期下平均強(qiáng)度可達(dá)1.55 MPa，比7 d養(yǎng)護(hù)齡期下強(qiáng)度增強(qiáng)了154%。②在試件養(yǎng)護(hù)后期，多孔玄武巖骨料-砂漿界面黏結(jié)強(qiáng)度略高，分析原因?yàn)槎嗫仔鋷r石材表面開口孔隙多，相較于其他兩種骨料，其與砂漿的交界面面積更大，能夠提供更大的界面黏結(jié)強(qiáng)度，提高多孔玄武巖片石結(jié)構(gòu)的抗折強(qiáng)度。而隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，界面黏結(jié)強(qiáng)度增長(zhǎng)最快的是石英砂巖漿砌片石，分析原因是其與砂漿交界面面積小，在養(yǎng)護(hù)初期交界面所能提供的黏結(jié)強(qiáng)度較低，而在養(yǎng)護(hù)后期砂漿強(qiáng)度的提高使得石英砂巖骨料-砂漿界面的黏結(jié)強(qiáng)度有所提升。

綜上，漿砌片石結(jié)構(gòu)如果出現(xiàn)界面破壞，各骨料與砂漿的黏結(jié)強(qiáng)度即為破壞的強(qiáng)度極限值，并可以根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)具體情況除以1.1～1.3的安全系數(shù)。三種材質(zhì)骨料-砂漿界面中多孔玄武巖骨料-砂漿界面最優(yōu)，石英砂巖骨料-砂漿界面最不利。

2.2 凍融效應(yīng)

通過對(duì)各組試件在不同凍融循環(huán)次數(shù)下的測(cè)定，可得三類骨料材質(zhì)漿砌片石結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度及損失率與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線，分別見圖2、圖3。

圖2 漿砌片石結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線

由圖2、圖3可知：三類漿砌片石結(jié)構(gòu)中以花崗巖為骨料的試件抗壓強(qiáng)度明顯較高，在常溫下的最大抗壓強(qiáng)度可達(dá)26.76 MPa，相較多孔玄武巖組及石英砂巖組試件分別增長(zhǎng)了4.19、9.25 MPa。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，各組試件的抗壓強(qiáng)度均有不同程度的衰減。從凍融影響來看，石英砂巖試件衰減幅度最大，150次凍融循環(huán)后最小抗壓強(qiáng)度為6.34 MPa，損失率達(dá)到53%。花崗巖試件衰減幅度最小，150次凍融循環(huán)后最小抗壓強(qiáng)度為18.56 MPa，損失率為26.37%。無論從抗壓強(qiáng)度還是從凍融后損失率來看，三類骨料石材試件中均是砂漿與骨料配合比為1∶2的試件最優(yōu)，其力學(xué)性能更穩(wěn)定。說明漿砌片石結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度存在最優(yōu)配合比，當(dāng)砂漿與骨料的配比靠近1∶2時(shí)其抗壓強(qiáng)度與耐久性表現(xiàn)較好。

圖3 漿砌片石結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度損失率與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線

為了更好地分析漿砌片石的力學(xué)特性，利用泰斯特高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱對(duì)三類砂漿與骨料的配合比為1∶2的試件進(jìn)行溫縮系數(shù)的測(cè)定。通過導(dǎo)線連接試件表面應(yīng)變片與靜態(tài)應(yīng)變儀，實(shí)時(shí)觀測(cè)三類試件在不同溫度區(qū)間下的溫縮系數(shù)，每組試件由三個(gè)平行試件組成，取其平均值作為結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 三類漿砌片石的溫縮系數(shù)

坡頂荷載與溫度應(yīng)力都是邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的重要原因，其中溫度應(yīng)力與溫縮系數(shù)成制約關(guān)系。由表6可知，三種骨料漿砌片石結(jié)構(gòu)在30～40℃內(nèi)的溫縮系數(shù)普遍最大；在0～10℃內(nèi)的溫縮系數(shù)最低；溫度在0℃以下時(shí)，部分溫度區(qū)間的溫縮系數(shù)大于正溫部分的溫縮系數(shù)。這是因?yàn)闈{砌片石在高溫時(shí)，骨料與砂漿之間的空隙較大，溫度降低后骨料與砂漿之間的空隙逐漸縮小，此時(shí)的溫度收縮很大一部分是由于空隙的收縮閉合。溫度在0～10℃時(shí)，漿砌片石內(nèi)的空隙隨著溫度的降低收縮變大，此時(shí)漿砌片石的溫度系數(shù)比其他溫度階段的溫縮系數(shù)都要小。隨著溫度進(jìn)一步降低，由于水的膨脹系數(shù)在不同溫度差異較大，在冰點(diǎn)以下溫度區(qū)間中，漿砌片石結(jié)構(gòu)中水分因凍結(jié)體積增大，故其在0℃以下溫度區(qū)間中溫縮系數(shù)有所提高，但其平均溫縮系數(shù)要小于正溫部分。其中多孔玄武巖漿砌片石的平均溫縮系數(shù)明顯高于其余兩種漿砌片石，表面收縮性能受溫度影響較大，分析原因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)開口孔隙率較大溫度變形更嚴(yán)重。其中花崗巖漿砌片石平均溫縮系數(shù)最小，其在溫度效應(yīng)下抵抗收縮變形的能力最強(qiáng)。

2.3 微觀結(jié)構(gòu)分析

通過上述分析可知，在凍融作用下漿砌片石結(jié)構(gòu)強(qiáng)度發(fā)生明顯衰退，結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力發(fā)生形變。為分析在凍融作用下結(jié)構(gòu)微觀的破壞機(jī)理，采用高倍顯微鏡XPV-203E對(duì)試件5凍融前后的狀態(tài)進(jìn)行微觀測(cè)定，其微觀表現(xiàn)見圖4。

圖4 試件5凍融前后微觀表現(xiàn)

由圖4可知：在凍融前砂漿與骨料之間的結(jié)合較密實(shí)，結(jié)構(gòu)紋理平滑無明顯開口孔隙。在凍融后漿砌片石結(jié)構(gòu)內(nèi)部水分凝結(jié)成冰，產(chǎn)生體積膨脹，使得結(jié)構(gòu)中微小毛細(xì)孔貫通，砂漿-骨料交界面處產(chǎn)生空隙，對(duì)結(jié)構(gòu)造成凍融損傷，影響結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能。

3 數(shù)值分析

3.1 模型建立及參數(shù)

選取傳統(tǒng)格構(gòu)式骨架護(hù)坡結(jié)構(gòu)與新型格構(gòu)式骨架護(hù)坡結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與新型結(jié)構(gòu)）兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。兩種結(jié)構(gòu)骨架尺寸完全一致，邊坡實(shí)體模型尺寸為22 m×15 m×11 m，斜坡坡長(zhǎng)為10 m，預(yù)設(shè)滑體的高度為4.4 m，滑動(dòng)面為圓弧形。其中格構(gòu)梁截面為0.15 m×0.20 m的矩形，格構(gòu)梁長(zhǎng)度為1.6 m；格構(gòu)節(jié)點(diǎn)為邊長(zhǎng)0.3 m的正方形，厚度為0.3 m，節(jié)點(diǎn)四邊設(shè)有格構(gòu)搭接凹槽，搭接長(zhǎng)度為130 mm，在節(jié)點(diǎn)中心預(yù)留半徑35 mm的錨桿孔。新型結(jié)構(gòu)骨架中嵌固厚40 cm花崗巖漿砌片石，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)骨架中填充厚20 cm原土植被。

在數(shù)值模型中邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)包括混凝土與漿砌片石兩種材料，混凝土和漿砌片石材料的本構(gòu)均采用塑性損傷模型模擬。設(shè)置邊界條件時(shí)考慮格構(gòu)梁在錨桿固定下的作用效果，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的底部設(shè)置了x、y、z三個(gè)方向的位移約束。格構(gòu)梁與節(jié)點(diǎn)之間接觸設(shè)置為hard contact，此時(shí)格構(gòu)梁與節(jié)點(diǎn)之間只傳遞壓力而不傳遞拉力。在模型加載方面，對(duì)坡頂施加130 kPa均布荷載、設(shè)置漿砌片石的導(dǎo)熱系數(shù)1.53 W/m·k、錨具施加120 kN的錨固力，將多種荷載傳遞至格構(gòu)梁與邊坡上。數(shù)值模型網(wǎng)格劃分見圖5。

圖5 數(shù)值模型網(wǎng)格劃分

邊坡土體和滑動(dòng)結(jié)構(gòu)采用Mohr-Coulomb本構(gòu)關(guān)系模型進(jìn)行數(shù)值模擬，建立相應(yīng)的三維實(shí)體單元。格構(gòu)梁與錨桿采用線彈性本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行模擬，錨桿為鋼材，格構(gòu)梁為混凝土結(jié)構(gòu)。格構(gòu)梁采用梁?jiǎn)卧M，錨桿采用植入式桁架單元模擬。具體模型力學(xué)參數(shù)按照物理模型試驗(yàn)測(cè)得結(jié)果選取，見表7。

表7 數(shù)值模型力學(xué)參數(shù)

3.2 模擬結(jié)果及分析

輸入上述參數(shù)建模并加載，得出兩種護(hù)坡結(jié)構(gòu)支護(hù)下的邊坡與格構(gòu)梁位移云圖，見圖6。

由圖6（a）、圖6（b）可知：在兩種護(hù)坡結(jié)構(gòu)支護(hù)下邊坡的最大位移均出現(xiàn)在坡腳處，且在有支護(hù)結(jié)構(gòu)部位的邊坡位移明顯小于兩側(cè)無支護(hù)結(jié)構(gòu)部位。其中傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)支護(hù)下邊坡最大位移為7.42 mm，新型結(jié)構(gòu)支護(hù)下邊坡最大位移為8.55 mm。

圖6 邊坡與格構(gòu)梁位移結(jié)果（單位：cm）

由圖6（c）、圖6（d）可知：格構(gòu)梁整體最大位移均在靠近坡底的格構(gòu)梁中跨部位，并隨著靠近坡頂，格構(gòu)梁位移逐漸減小。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中格構(gòu)梁整體最大位移為4.15 mm，新型結(jié)構(gòu)中格構(gòu)梁整體最大位移為5.65 mm。

邊坡應(yīng)力云圖見圖7。可知，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為141.73 kPa，新型結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為129.94 kPa。兩種結(jié)構(gòu)支護(hù)下邊坡應(yīng)力分布規(guī)律基本相同，在格構(gòu)梁處邊坡應(yīng)力較大，向邊坡滑動(dòng)帶四周逐漸減小，在滑動(dòng)帶邊緣無格構(gòu)支護(hù)部位應(yīng)力變大，且在滑動(dòng)帶上部應(yīng)力較小，下部應(yīng)力較大。分析原因?yàn)檫吰轮械母駱?gòu)錨固體系對(duì)邊坡位移產(chǎn)生約束，邊坡土體的應(yīng)力分布規(guī)律發(fā)生了改變，邊坡土體與格構(gòu)梁直接接觸部位的應(yīng)力提升。

圖7 邊坡應(yīng)力云圖（單位：Pa）

為分析格構(gòu)式護(hù)坡結(jié)構(gòu)在溫度效應(yīng)影響下的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律，本文對(duì)邊坡模型進(jìn)行溫度效應(yīng)處理。從滑動(dòng)帶底部向頂部建立溫度場(chǎng)，滑動(dòng)帶底部初始溫度為15℃，邊坡外部初始溫度為-40℃，分析格構(gòu)經(jīng)受150次凍融循環(huán)后的變形，兩種護(hù)坡結(jié)構(gòu)支護(hù)下的邊坡位移及應(yīng)力云圖見圖8。

由圖8（a）、圖8（b）可知：溫度效應(yīng)下兩種護(hù)坡結(jié)構(gòu)支護(hù)下邊坡滑動(dòng)帶位移分布規(guī)律與常溫條件下基本相同，其中傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)支護(hù)下邊坡最大位移為11.12 mm，比常溫條件下增長(zhǎng)了49.8%；新型結(jié)構(gòu)支護(hù)下邊坡最大位移為10.91 mm，相較常溫條件下增長(zhǎng)了27.6%。

圖8 邊坡位移與應(yīng)力結(jié)果

由圖8（c）、圖8（d）可知：兩種護(hù)坡結(jié)構(gòu)支護(hù)的邊坡在溫度效應(yīng)下的應(yīng)力分布規(guī)律大體與常溫條件下相同，且應(yīng)力有不同程度的增長(zhǎng)。其中傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為171.73 kPa，比常溫條件下增長(zhǎng)了21.2%；新型結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為138.74 kPa，比常溫條件下增長(zhǎng)了6.5%。

綜上，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，新型結(jié)構(gòu)邊坡位移略微提升，應(yīng)力集中值明顯下降，應(yīng)力分布得到較大程度的緩解。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，新型結(jié)構(gòu)在溫度效應(yīng)下的位移與應(yīng)力增長(zhǎng)幅度明顯下降，能夠更好地適應(yīng)寒冷地區(qū)的邊坡支護(hù)。

4 結(jié)論

1）漿砌片石結(jié)構(gòu)的破壞薄弱點(diǎn)為骨料與砂漿交界面，與花崗巖、石英砂巖兩種骨料相比，多孔玄武巖骨料與砂漿能夠提供更大的界面黏結(jié)強(qiáng)度，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下平均強(qiáng)度可達(dá)2.31 MPa。

2）在凍融作用下，砂漿-骨料配比為1∶2的花崗巖漿砌片石結(jié)構(gòu)力學(xué)性能最優(yōu)，在150次凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率僅為26.37%。

3）各組試件在0～10℃內(nèi)的溫縮系數(shù)最低，而在高溫與低溫區(qū)間都有一定回彈趨勢(shì)。其中各組試件平均溫縮系數(shù)分別為多孔玄武巖組12.75、花崗巖組5.87、石英砂巖組6.67，以花崗巖為骨料的試件溫縮系數(shù)最低，在溫度效應(yīng)下抵抗收縮變形能力最強(qiáng)。

4）凍融后結(jié)構(gòu)中毛細(xì)孔貫通，骨料-砂漿交界面處產(chǎn)生貫通連續(xù)空隙，結(jié)構(gòu)整體性明顯下降。

5）在相同溫度效應(yīng)下，新型結(jié)構(gòu)、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)支護(hù)的邊坡最大位移增長(zhǎng)率分別為27.6%、49.8%。新型結(jié)構(gòu)、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)支護(hù)的邊坡最大應(yīng)力增長(zhǎng)率分別為6.5%、21.2%。新型結(jié)構(gòu)下的邊坡位移及應(yīng)力增長(zhǎng)幅度明顯低于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出了更好的溫度穩(wěn)定性。