The influence of freeze-thaw cycles on loess cutting slope in seasonal frozen regions

Y.C. Mao, D.W. Zhang, H.J. Wu, W. Ma, G.Y. Li, Y.H. Mu

In the proceedings of: GEO2010 Calgary: 63rd Canadian Geotechnical Conference & 6th Canadian Permafrost Conference

Session: M2-C

ABSTRACT: Denudation, a common disaster existing on loess cutting slope in seasonal frozen regions, will lead to near-surface soil erosion, damage of road landscape, and finally affect the operation of the road. With respect to the disaster, the automatic meteorological stations were setup at three field sites along expressway from Pingliang to Dingxi, northwest of China, and the ground temperatures and volumetric moisture contents on loess cutting slope at different depths, were monitored and measured for about 2 years. The monitoring and measurements indicated that even in winter-time the near-surface ground temperature was below zero all day long, freeze-thaw cycles still took place. Those cycles would result in variations of the moisture content of the near-surface soil, which had been validated by the measurements. Based on the results of field monitoring and measurements above, further laboratory experiments were conducted. The undisturbed soil samples with different moisture content were tested after freeze-thaw cycles. The direct shear tests showed that the freeze-thaw cycles and dry-wet cycles resulted in a considerable decrease of loess strength. The results of field and laboratory experiments showed that freeze-thaw cycle was an important factor, which induce the denudation on the loess cutting slope in seasonal frozen regions.

RÉSUMÉ: Dénudation, une catastrophe communes existantes sur la pente de la coupe de loess dans les regions glacées saisonniers, conduira à l'érosion du sol près de la surface, les dégâts du paysage routier, et enfin d'affecter le fonctionnement de la route. En ce qui concerne la catastrophe, les stations météorologiques automatiques ont été installées à trois sites le long de les voies express de Pingliang à Dingxi, nord-ouest de la Chine. De plus, la température du sol et la teneur en humidité volumétrique sur la pente de la coupe de loess à différentes profondeurs, ont été suivis et mesurés environ 2 ans. Les surveillances et les mesures ont indiqué que les cycles de gel-dégel ont encore lieu lorsque la température du sol près de la surface était encore en dessous de zéro pendant la journée de l'hiver. Ces cycles se traduirait par des variations de la teneur en humidité du sol près de la surface, qui avait été validé par les mesures. Basé sur les résultats ci-dessus, les autres expériences de laboratoire ont été effectuées. Les échantillons de sol non perturbé avec les teneurs en humidité différentes ont été testées après des cycles de gel-dégel. Les essais de cisaillement direct ont montré que les cycles de gel-dégel et les cycles sec-humide a entraîné une diminution considérable de la force de loess. Les résultats ont montré que le cycle de gel-dégel a été un facteur important, qui induisent la dénudation sur sur la pente de la coupe de loess dans les regions glacées saisonniers. 1 INTRODUCTION

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