冻胀荷载作用下初始裂纹的形成、扩展导致衬砌结构的断裂是寒区衬砌渠道冻害的主要原因之一。在已有研究基础上，综合考虑地下水水位影响的梯形渠道冻胀力学分析方法及线弹性断裂力学理论，提出高地下水水位梯形渠道冻胀断裂力学分析框架。该模型将衬砌结构表面初始裂纹的失稳扩展及开裂破坏简化为Ⅰ型断裂力学问题，并提出应力强度因子与危险截面位置的计算方法。以塔里木灌区某梯形渠道为原型分析地下水埋深w对衬砌各截面应力强度因子KFⅠ（x）及合理板厚dr的影响规律。结果表明：地下水补给条件对KFⅠ（x）的大小影响显著；当w减小时，KFⅠ（x）呈非线性增大，此时渠道冻害风险也增大，与事实相符。地下水埋深越浅，保证结构安全所需衬砌板的合理厚度dr越大；当地下水埋深为3.0 m时，建议使用的合理板厚为9.0 cm。研究结果可为寒区渠道的抗冻胀设计提供科学依据。
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。
考虑冻土自身存在的各种缺陷及冻胀力的作用和影响,应用断裂力学理论与方法,研究冻土破坏的机理,建立了冻土断裂力学破坏准则。该准则适用于脆性破坏并在小范围屈服条件下的冻土。对于冻土地基临塑荷载的确定以及在较低负温下的地基基础的破坏问题,该准则也是适用的。通过实际冻土工程问题的应用表明,冻土断裂破坏准则符合冻土的实际和特点,是有效的。
对桩基冻拔的冻土工程问题进行了断裂力学分析，并给出简化模型．在此基础上讨论了断裂判据以及应力强度因子的计算表达式．最后通过实际算例详尽的说明断裂力学方法在桩基冻拔稳定性计算中的应用，并与现行方法做了对比．比较结果表明，断裂力学方法不仅是有效的，而且比现行方法更为完善．