四川境内汶(川)马(尔康)速、雅(安)康(定)高速及G318康定-竹巴笼段、G317马尔康-德格段等路段是内地通往西藏、青海地区的交通要道。区内地质环境复杂,构造活动强烈,线路通过高山峡谷、山间盆地等多个地貌单元。且大部处于高海拔高寒山区,强烈的寒冻风化作用导致公路沿线地质灾害频发。现场调查发现,浅层岩体的剥落与开裂是研究区主要病害之一,浅层的开裂剥落弱化了岩体的物理力学性质,若浅层岩体不断剥落最终导致边坡失稳破坏。高寒山区浅层岩体温度效应研究,是“高海拔高烈度深切峡谷区高陡斜坡地质灾害研究”课题的重要内容,本文主要研究成果如下:(1)通过对研究区公路沿线17个气象站温度数据的收集与分析,对温度与海拔、经度、纬度等因素进行回归分析得到,平均气温、最低温度、平均气温小于0℃的天数与海拔相关性系数均达到0.85以上,与纬度也有一定的关系,经度的影响可以忽略。总结得到研究区海拔每上升100m,年平均气温约下降0.579~0.613。利用经验公式求得研究区边坡受冻融影响的下界高度,1840-1906m,并对在这海拔范围内的理县县城的温度进行分析,符合公式结果。通过川藏北线改建工程勘探资料对沿线冻深数据的记载,分析出影响研究区冻深的影响因子,分别为海拔高度、地理经纬度、地形、植被状况、岩土特征、积雪厚度以及含水量,其中海拔高度为决定性影响,地形中坡向也对边坡冻深有较大影响。(2)通过对研究区浅层岩体实测温度数据的分析,发现岩体浅层温度场处于交叉热传导状态的范围,分别为10-30cm,确定了浅层岩体温度应力集中区,泸定特大桥处为0-5cm区域,鹧鸪山隧道出口处为0-10cm区域。划分了两个监测点的日变温带,泸定特大桥处日变温带厚度为30cm,鹧鸪山隧道出口处日变温带为厚度为50cm。通过对浅层岩体热传导微分方程的求解,推出了适用于研究区浅层温度场的解析求解方程与数值求解方程。利用Matlab软件强大的解算能力,编译了数值求解程序,对鹧鸪山处浅层温度场进行求解,求解结果较符合实测数据。(3)对处于干燥、饱和状态的岩样通过不同循环次数的冻融循环试验,分析得出千枚岩、砂岩、花岗岩在不同循环次数作用后的形态、质量变化规律:(1)试样冻融前后并没有明显的破裂现象,只千枚岩试样表明出现锈斑。砂岩沿原始裂隙出现了锈迹,裂隙两侧的颗粒出现轻微剥落。花岗岩出现局部掉块。(2)由冻融作用引起的千枚岩、砂岩的质量变化都很微小,而部分饱和花岗岩出现掉块现象,质量变化较大。不同含水状态的岩样随着冻融循环次数的增加,其单轴抗压强度均成减小趋势。千枚岩的强度衰减基本呈线性。根据试样初始强度与冻融循环后强度分析计算其强度损失率,由计算结果可知:随冻融循环次数的增加,试样单轴抗压强度损失率整体呈增大趋势,并且,经历相同次数的冻融循环作用后,饱和岩样的衰减强度明显大于干燥试样的衰减强度。(4)通过考虑温度特性岩体在高、低温下热力耦合研究得到:(1)对于温度场对岩体的影响要分低温和高温进行处理分析,高温时主要考虑岩体自身的热应力,低温时要主要考虑水冰相变产生的冻胀力。(2)采用Flac3D进行温度场分布的数值模拟是较切合现场监测试验结果的。(3)在冻结温度下,随着冻结温度作用时间的增加,岩体的应力、应变、位移均出现增大趋势,体现出冻结温度环境对浅层岩体的影响。(4)边坡在经历一个12h冻12h融的循环后,岩体的应力、应变、位移均大于边坡冻结72h后,体现出冻融循环对浅层岩体的影响。本文的创新点主要表现在:(1)对研究区两个典型地区(不同岩性、不同海拔)进行岩体浅层温度场监测,获取了这些区域岩体浅层温度一个气象年的完整数据,为今后该地区岩体浅层温度场的研究工作奠定了数据基础。首次对监测区域大气及浅层岩体的温度变化规律进行分析,结合热物理参数的测试,建立了适用于四川藏区浅层岩体的温度分布统计学公式,并利用Matlab软件完成了对该公式的求解。(2)采用Flac3D软件对研究区边坡进行先冻再融的热、力耦合,在低温下的耦合分为12h、36h、72h三个时步进行,揭示了冻结与冻融对浅层岩体风化影响的热力学本质。