为探究季冻区渠道边坡在春融期发生浅层滑坡的机理,对季冻区粉质黏土冻融界面的抗剪强度进行了试验研究。根据试验需要,改进了传统的土工直剪仪,并分析了改进直剪仪相比于传统直剪仪的改进之处。为研究冻融界面处土体抗剪强度参数设计了一套试验方法,包括试样尺寸、剪切试验类型的选择、冻融交界面的确定及温控模式的设置等。通过试验结果对重塑粉质黏土试样的抗剪强度、粉质黏土冻融交界面的抗剪强度和冻融试样的水分迁移进行了研究,分析了冻融交界面处土体的抗剪强度参数变化,并将抗剪强度参数的变化与界面水分的变化建立了联系,探讨了冻融界面处土体抗剪强度发生变化的原因及机理。对冻融界面的剪切试验建立了相应的有限元模型,通过有限元软件计算结果与物理试验的结果加以对比,验证了有限元模型的合理性,并加深了对剪切试验的微观认识。主要获得了以下的研究成果:(1)根据研究内容的需求,改进了传统的土工直剪仪,根据试验需要设计了合理的仪器结构、剪切盒尺寸,剪切盒的内径为10 cm,高为10 cm,与试样的尺寸相配套,使试样在放入剪切盒中的过程中避免了新的扰动;直剪仪配备了相应的数据采集系统,使数据的采集更加精确、便捷。(2)研究了重塑粉质黏土试样在不同初始含水率下的抗剪强度参数内摩擦角φ和粘聚力c。对干密度为1.55 g/cm~3,含水率分别为18%、20%、22%、24%的重塑土试样,其规律为内摩擦角φ和粘聚力c均随着含水率的增大而减小。含水率从18%升至24%,各试样的粘聚力分别降低了21.98%、35.21%、42.56%;各试样的内摩擦角分别降低了13.82%、24.51%、48.58%。(3)对重塑粉质黏土试样在冻融界面处的抗剪强度参数粘聚力c和内摩擦角φ进行了研究。当试样融化到指定位置时,将正融着的试样取出进行快剪试验。干密度为1.55 g/cm~3,初始含水率分别为18%、20%、22%、24%的重塑土试样在冻融界面处的粘聚力随着试样初始含水率的增大而降低。初始含水率从18%升至24%,各试样的粘聚力分别降低了1.12%、0.51%、4.49%、10.79%;内摩擦角随着土体的初始含水率的增大,其数值略有减小,但减小程度并不明显。其中降低最多的为22%含水率的试样,降低了3.28%。(4)对不同初始含水率的试样在冻融过程中的水分重分布规律进行了研究。干密度为1.55 g/cm~3,初始含水率18%、20%、22%、24%的4组试样在融化到5 cm处时的水分迁移具有相同的趋势,且在冻融交界面的上方出现了水分增大聚集的现象,变化程度随着初始含水率的增大而增大。在试样4.5～5 cm高度土体,初始含水率18%、20%、22%、24%试样的含水率分别增加了0.22%、0.42%、0.81%、1.13%。(5)冻融界面处土体的粘聚力对冻融界面处水分的变化十分敏感,表现为粘聚力随着界面处含水量的增大而降低,且含水率的增量越大,粘聚力降低幅度越大。冻融界面处土体的内摩擦角受界面处水分的变化影响较小,但当界面含水率增量逐渐变大时,内摩擦角随之降低。(6)通过有限元分析软件,建立了冻融交界面剪切试验的有限元模型,并与物理试验的结果进行对比分析,各法向应力下的数值分析曲线,其趋势与物理试验的应力-应变曲线较为符合,且法向应力越大,两者的差别越小。说明该有限元模型对能够反映物理试验中剪切面处土体的本构关系,建立的有限元模型具有一定的合理性和可靠性,可以为冻融界面的剪切试验提供一个数值参考。