冻土是多相体复合材料,土体冻结过程中在内部形成空穴、裂隙等多种缺陷。把这些缺陷简化为冻土中的初始裂纹,应用断裂力学理论和试验方法,研究冻土的非线性断裂过程和特征。结果表明:冻土非线性断裂破坏过程由弹性阶段、微裂纹损伤区形成阶段和软化阶段组成,其中微裂纹损伤区形成阶断是冻土非线性破坏的主要表征。把微裂纹损伤区简化为假想裂纹处理,可称为虚拟裂纹,并考虑冻土中冰晶体胶结力作用,给出冻土非线性断裂破坏的胶结力裂纹模型;讨论胶结力的性质与分布,给出微裂纹损伤区长度确定的方法,为理论分析与数值计算提供依据。同时,还对胶结力裂纹模型涉及的非线性断裂韧度指标δC进行测试,给出相应测试方法和结果。
对冻土破坏过程进行了试验研究,冻土破坏的过程是微裂纹损伤与临界串接的演化过程,确认了冻土微裂纹损伤区的存在,并分别用莫尔准则和最大拉应力准则建立了微裂纹损伤区计算模式。将微裂纹损伤区按缺陷处理并简化为当量裂纹,进行了裂纹尺寸的定量计算,结果表明其尺寸与冻土中初始裂纹尺寸相当,将计算结果与观测结果相比较,误差不超过10%。