以统一强度理论作为寒区隧道冻结围岩塑性状态的判定依据,考虑中间主应力效应和横观各向同性冻胀对围岩强度的综合影响,建立了寒区隧道应力与位移的塑性统一解析解,给出冻结围岩塑性状态的判定方法,并对所得解答进行讨论、验证和参数分析。研究表明:统一解的正确性被有关文献的Mohr–Coulomb准则解答和外接圆Drucker–Prager准则解答所验证,具有广泛的理论意义和良好的工程应用前景;中间主应力对冻结围岩位移的影响显著,应考虑中间主应力效应以充分发挥寒区隧道的承载潜能;围岩不均匀冻胀系数和体积冻胀率的增加均导致冻胀力增大,使得寒区隧道稳定性降低,应采取有效保温措施予以缓解围岩冻胀效应。该结果可为寒区隧道设计提供一定的理论指导。
为了对冻土实验研究中出现的各种现象给出符合力学原理的解释,提出一种屈服与断裂相配合的含裂纹材料模型。该模型在通常的连续介质模型中考虑了实际材料存在缺陷的因素。屈服的表征借助塑性力学的极限原理,断裂的表达应用了断裂力学中应力强度因子概念和断裂韧度的概念。先对各种常见影响因素进行分类,将影响因素分为强化性因素与软化性因素,再根据材料的一般特性研究两类因素对配合图上临界曲线所呈现的影响规律,最后应用模型分析得到的一般规律对冻土实验研究结果进行力学分析。本模型可以简明地给出材料失效的规律性,不仅可以进行线性化的单调变化趋势的分析,还可以进行非线性的极值变化趋势的分析。既可用于对已有试验结果的解释,也可进行影响因素的预测分析。
