边坡大规模滑坡事故的频频发生,给人民的生命财产造成了巨大的损失。国内外学者对边坡的滑坡机理进行了大量的研究,而边坡软弱夹层的力学行为及破坏机理仍是有待深入研究的问题。本论文采用相似模拟、数值模拟及理论分析等方法,研究了红层边坡软弱夹层在滑移过程中,夹层内的摩擦增温与其引起的热膨胀压力之间的关系,以及夹层内的摩擦增温引起的热膨胀压力与渗透系数、抗剪强度、孔隙水压力等物理力学参数之间的关系;建立了水饱和夹层热-孔隙水-力三场耦合作用模型;提出水饱和状态下的边坡,在临界滑塌过程中,夹层内的摩擦增温诱发的大规模滑坡灾变机理和破坏准则;建立了水饱和状态下的边坡,在临界滑塌过程中,夹层内的摩擦增温诱发的边坡大规模滑坡灾变的评判新方法和监测方法。得到了如下研究成果:(1)以膨润土和河砂为相似材料,配制了七种不同配合比的夹层试样,采用加装了加热升温控制系统的应变直剪仪,测试了含水率为10%、13%和15%的夹层试样在不同温度时的粘聚力、抗剪强度和内摩擦角等力学参数,分析了它们随温度和含水率的变化特征及夹层的破坏机理。研究结果表明:在温度相同时,膨润土含量较高的夹层试样,其粘聚力和抗剪强度随温度升高先急剧减小而后缓慢减小最后急剧减小;膨润土含量较低的夹层试样,其粘聚力和抗剪强度随温度升高而缓慢减小。在温度较低时,夹层试样内部土颗粒之间的微观结构力将受到一定程度损失。当温度升高至50℃以上时,夹层试样内部土颗粒之间的微观结构力受到更大程度损失并产生滑移,导致其粘聚力再次急剧减小。(2)利用物理相似模拟法,建立了含水率为10%、13%和15%的含夹层边坡试验模型,采用应变直剪仪测试了边坡夹层在不同温度下的力学参数,分析了温度引起的边坡夹层孔隙水压力、内摩擦角、粘聚力和剪应力等参数的变化规律及其破坏形式和破坏特征。研究结果表明:温度引起夹层孔隙水压力增加导致其粘聚力、抗剪强度等力学参数降低。夹层孔隙水压力随温度升高呈现先缓慢增加而后急剧增加的变化特征,但含水率低的夹层孔隙水压力急剧增加的起始温度高,含水率高的则相反。含水率低的夹层孔隙水压力急剧增加时,上覆岩层与夹层接触部位产生了拉裂隙,随后裂隙逐渐发育,直至贯通上覆岩层而发生拉裂式的滑坡破坏;含水率高的夹层孔隙水压力急剧增加时,边坡上覆岩层与夹层之间产生了初次层间错动,随后经历多次层间错动而发生牵引式的滑坡破坏;边坡瞬时滑动速度和滑坡规模含水率高的夹层要比含水率低的大。(3)将水饱和边坡夹层视为固-液两相的线弹性体,建立了水饱和边坡夹层热-孔隙水-力三场耦合作用模型,并推导了其耦合控制方程;通过比较分析理论计算结果与模型试验结果,验证了所建立的耦合力学模型的适用性。研究结果表明:孔隙水压力系数和热压力系数是引起水饱和边坡夹层孔隙水压力增加的关键控制因素;孔隙水压力系数取决于孔隙排水压缩特性和固相介质压缩特性,这两者差值越大,孔隙水压力系数越大;孔隙水热膨胀系数和孔隙体积热膨胀系数是影响热压力系数的主要因素,这两者差值越大,热压力系数也越大;边坡夹层的孔隙水压力随温度升高呈现出先缓慢增加而后急剧增加的变化特征,而粘聚力和剪应力随温度升高而缓慢降低,且孔隙水压力的理论计算结果与试验测试结果吻合良好。因此,水饱和边坡夹层热-孔隙水-力三场耦合作用模型能较好的反应孔隙水压力在加热升温过程中的变化特征,为科学地预测和控制类似边坡工程的稳定性提供了参考。(4)首次提出将粘聚力再次急剧减小的起始点视为夹层试样破坏的评价指标,将夹层孔隙水压力急剧增加的起始温度视为边坡滑坡失稳的判断指标。(5)采用FLAC3D建立了水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合的数值模拟模型,分析了温度对水饱和边坡夹层的竖向位移、竖向应力、剪切应力、破坏状态的影响,并对模型试验和数值模拟结果进行综合分析。研究结果表明:数值模拟计算结果与模型试验结果都反映了温度是诱发含软弱边坡夹层滑坡的主要原因之一。