凍土地基廣義強度破壞理論及其應用研究項目摘要

基于斷裂力學理論和方法，研究凍土地基的破壞行為和特征，研究凍脹力與凍土斷裂韌度—廣義凍土強度的關系。提出了廣義強度破壞準則，這是個全新的概念?？梢詮男碌慕嵌冉沂緝鐾恋鼗钠茐臋C理，探索新的學科領域和研究內容。具有重要的理論意義和應用價值。為寒區(qū)工程基礎抗凍害破壞的設計提供理論依據，可對工程凍害進行定量評價及凍害預報。 2100433B

隨著煤炭資源開采不斷向深部發(fā)展，凍結法鑿井穿越表土層厚度不斷加大，傳統(tǒng)凍土力學理論已不適用于深層凍結壁穩(wěn)定性評價。為揭示深厚表土凍結壁變形破壞的力學機制，發(fā)展和完善深部凍土力學基礎理論，本項目采用了宏、細微觀相結合的方法，開展了有關凍土的強度與本構模型方面的研究工作，進行了低溫三軸靜力試驗與流變試驗，研究了凍土的強度、彈塑性變形、流變及損傷演化等力學特征，并開展了凍結壁數值模擬優(yōu)化分析，取得了以下結論： （1）在低圍壓下，凍土的應力應變曲線表現為應變軟化型，與此對應的體積變形則總是隨著軸向應變的增加先縮后脹；而對于高圍壓下凍土的應力應變曲線表現為應變硬化型，與此對應的體積變形則為壓縮型，即體積隨軸向應變的增加只是減小，不出現體脹現象。 （2）凍土的強度先是隨著圍壓的增大而增大，而當圍壓增大到一定值，凍土的強度隨圍壓的進一步增大而減小。為了描述高圍壓作用下凍土強度隨著圍壓增大而呈現非線性減小的特征，建立了凍土的非線性強度準則。 （3）采用考慮受靜水壓力影響的偏平面上的破壞形狀函數，構建了復雜應力狀態(tài)下凍土的強度準則，并給出了該強度準則的應力空間破壞曲面。 （4）構建了凍土的廣義力學本構關系。體積屈服面采用橢圓的形式，以塑性體積應變?yōu)橛不瘏担患羟星孢x用拋物線的形式，以塑性剪應變?yōu)橛不瘏?；引入以塑性體積應變?yōu)橛不瘏的軌蚍从硟鐾良裘浶再|的拋物線剪脹屈服面。 （5）研究了凍土的宏觀變形與微觀損傷演化之間的聯系。通過對凍土進行CT掃描試驗，研究了凍土的應力應變關系及內部結構的損傷演化過程，探討了溫度對凍土的宏觀力學性能及微觀損傷演化過程的影響。 （6）開展了凍土的流變力學特征。結合損傷力學理論，從凍土內部存在裂隙、空洞等缺陷特征出發(fā)，建立了凍土的粘彈塑性損傷本構模型。 （7）建立了深部鑿井凍結壁穩(wěn)定性分析數值計算模型，研究了采用不同凍結壁厚度下凍結壁開挖卸荷凍結壁的變形特征、應力分布等。 2100433B

隨著煤炭資源開采不斷向深部發(fā)展，凍結法鑿井穿越表土層厚度不斷加大，傳統(tǒng)凍土力學理論已不適用于深層凍結壁穩(wěn)定性評價。為揭示深厚表土凍結壁變形破壞的力學機制，發(fā)展和完善深部凍土力學基礎理論，本項目擬采用宏、細微觀相結合的方法，研究開挖卸荷作用下深部凍土的黏彈塑性損傷本構模型及其工程應用。具體內容包括：開展卸載過程及卸載后蠕變階段深部凍土的細觀損傷CT實時試驗，定量研究深部凍土細微觀損傷演化與宏觀力學行為之間的聯系, 建立符合實際的損傷演化方程；研究深部凍土的卸載屈服特征與黏塑性流動軌跡，基于損傷能量等效性假設，構建卸荷條件下凍土的廣義黏彈塑性損傷本構關系；采用應力空間變換的方法將本構關系拓展到復雜應力狀態(tài)，建立深部凍結壁穩(wěn)定性分析力學模型。通過開展本研究，對于揭示深部凍結壁的變形破壞機理具有重要意義，并為凍結壁的優(yōu)化設計與支護方式的改進提供理論依據。

中文名稱

凍土強度

英文名稱

strength of frozen soil

定　　義

凍土抵抗破壞的能力。指在一定受力狀態(tài)和工作條件下，凍土所能承受的最大應力。

應用學科

地理學（一級學科），凍土學（二級學科）