为探究花岗岩-混凝土组合体在寒区环境下冻融损伤规律，设计了3种不同界面粗糙度（0.61,1.18,1.69 mm）的花岗岩-混凝土组合体，利用快速冻融机模拟了冻融循环次数为0,10,20,30次的不同寒区环境，对冻融后的花岗岩-混凝土组合体外观形貌变化、质量损失、抗折强度损失、起裂韧度、断裂能等参数进行分析。结果表明：随着冻融次数的增加，试样质量损失率、纵波声速衰减和各项力学性能损失均呈增长趋势。在冻融30次后，界面粗糙度为0.61 mm的试样纵波声速降低了13.03%，抗折强度和断裂能损失率分别为73.22%和67.67%，；界面粗糙度为1.18 mm的试样纵波声速降低了12.59%，抗折强度和断裂能损失率为61.28%和69.13%；界面粗糙度为1.69 mm的试样纵波声速降低了9.67%，抗折强度和断裂能损失率为39.40%和41.97%。研究计算了花岗岩-混凝土组合体试样起裂韧度与损伤因子，得到了以上3种界面粗糙度下，组合体起裂断裂韧度与冻融循环次数线性拟合表达式，可为相关研究提供一定的参考。

为探究花岗岩-混凝土组合体在寒区环境下冻融损伤规律，设计了3种不同界面粗糙度（0.61,1.18,1.69 mm）的花岗岩-混凝土组合体，利用快速冻融机模拟了冻融循环次数为0,10,20,30次的不同寒区环境，对冻融后的花岗岩-混凝土组合体外观形貌变化、质量损失、抗折强度损失、起裂韧度、断裂能等参数进行分析。结果表明：随着冻融次数的增加，试样质量损失率、纵波声速衰减和各项力学性能损失均呈增长趋势。在冻融30次后，界面粗糙度为0.61 mm的试样纵波声速降低了13.03%，抗折强度和断裂能损失率分别为73.22%和67.67%，；界面粗糙度为1.18 mm的试样纵波声速降低了12.59%，抗折强度和断裂能损失率为61.28%和69.13%；界面粗糙度为1.69 mm的试样纵波声速降低了9.67%，抗折强度和断裂能损失率为39.40%和41.97%。研究计算了花岗岩-混凝土组合体试样起裂韧度与损伤因子，得到了以上3种界面粗糙度下，组合体起裂断裂韧度与冻融循环次数线性拟合表达式，可为相关研究提供一定的参考。

寒区危岩体常因温度起伏而受到冻融循环作用，使其力学性能劣化；而危岩体失稳破坏的实质是主控结构面的起裂和扩展问题，建立考虑断裂韧度劣化的危岩体稳定性分析方法能为寒区危岩体工程的长期稳定性评价提供理论依据。首先，根据断裂力学及冰冻结分离压力理论，考虑冻融循环作用对岩石Ⅰ型断裂韧度的劣化和结构面冻胀力，构建冻融循环作用下危岩体稳定性评价模型；其次，基于圆孔扩张理论分析冰的冻胀力作用对岩石内部微孔洞的细观劣化机制，建立冻融循环作用下抗拉强度的细观劣化模型；再次，通过理论分析Ⅰ型断裂韧度与抗拉强度、断裂过程区扩展半径的关系，得到Ⅰ型断裂韧度在冻融循环作用下的演化方程；最后，通过危岩体工程算例，分析冻融循环作用下危岩体稳定性的劣化规律，同时利用算例讨论了敏感参数对危岩体稳定性系数和冻胀力的影响规律。结果表明：危岩体在冻融环境下的稳定性与岩石的抗拉强度、弹性模量、孔隙率、岩屑流失比等因素相关；在冻融循环作用下，半径较小的孔洞产生的冻胀力更大，对危岩体稳定的劣化作用更显著；岩石的弹性模量与冻胀力呈正相关关系，岩石抗拉强度越小更易发生冻胀破坏；当岩屑流失比大于0.8时，冻融循环作用对危岩体的长期劣化作用...

寒区危岩体常因温度起伏而受到冻融循环作用，使其力学性能劣化；而危岩体失稳破坏的实质是主控结构面的起裂和扩展问题，建立考虑断裂韧度劣化的危岩体稳定性分析方法能为寒区危岩体工程的长期稳定性评价提供理论依据。首先，根据断裂力学及冰冻结分离压力理论，考虑冻融循环作用对岩石Ⅰ型断裂韧度的劣化和结构面冻胀力，构建冻融循环作用下危岩体稳定性评价模型；其次，基于圆孔扩张理论分析冰的冻胀力作用对岩石内部微孔洞的细观劣化机制，建立冻融循环作用下抗拉强度的细观劣化模型；再次，通过理论分析Ⅰ型断裂韧度与抗拉强度、断裂过程区扩展半径的关系，得到Ⅰ型断裂韧度在冻融循环作用下的演化方程；最后，通过危岩体工程算例，分析冻融循环作用下危岩体稳定性的劣化规律，同时利用算例讨论了敏感参数对危岩体稳定性系数和冻胀力的影响规律。结果表明：危岩体在冻融环境下的稳定性与岩石的抗拉强度、弹性模量、孔隙率、岩屑流失比等因素相关；在冻融循环作用下，半径较小的孔洞产生的冻胀力更大，对危岩体稳定的劣化作用更显著；岩石的弹性模量与冻胀力呈正相关关系，岩石抗拉强度越小更易发生冻胀破坏；当岩屑流失比大于0.8时，冻融循环作用对危岩体的长期劣化作用...

寒区危岩体常因温度起伏而受到冻融循环作用，使其力学性能劣化；而危岩体失稳破坏的实质是主控结构面的起裂和扩展问题，建立考虑断裂韧度劣化的危岩体稳定性分析方法能为寒区危岩体工程的长期稳定性评价提供理论依据。首先，根据断裂力学及冰冻结分离压力理论，考虑冻融循环作用对岩石Ⅰ型断裂韧度的劣化和结构面冻胀力，构建冻融循环作用下危岩体稳定性评价模型；其次，基于圆孔扩张理论分析冰的冻胀力作用对岩石内部微孔洞的细观劣化机制，建立冻融循环作用下抗拉强度的细观劣化模型；再次，通过理论分析Ⅰ型断裂韧度与抗拉强度、断裂过程区扩展半径的关系，得到Ⅰ型断裂韧度在冻融循环作用下的演化方程；最后，通过危岩体工程算例，分析冻融循环作用下危岩体稳定性的劣化规律，同时利用算例讨论了敏感参数对危岩体稳定性系数和冻胀力的影响规律。结果表明：危岩体在冻融环境下的稳定性与岩石的抗拉强度、弹性模量、孔隙率、岩屑流失比等因素相关；在冻融循环作用下，半径较小的孔洞产生的冻胀力更大，对危岩体稳定的劣化作用更显著；岩石的弹性模量与冻胀力呈正相关关系，岩石抗拉强度越小更易发生冻胀破坏；当岩屑流失比大于0.8时，冻融循环作用对危岩体的长期劣化作用...

考虑冻土的非线性断裂力学特征,基于现有J积分测试方法,提出了一种新的冻土非线性断裂韧度的测试方法——修正因子法。在传统方法中J积分可以写成如下表达:J=Je+Jp,其中Je为J积分的线弹性分量,Jp为J积分的塑性分量。Je的计算相对简单;但计算Jp相对困难,原因是其中的参数Up难于确定。为了使计算简单,可将塑性分量改写为Jp=qJe,J积分则改写为J=(1+q)Je,q称为塑性修正因子。该方法通过循环加、卸载试验得到非线性载荷-位移曲线(P-Δ曲线),并由载荷与位移的增量确定修正因子,在获得线弹性分量Je基础上,获得冻土非线性断裂韧度。采用该方法进行了冻土非线性断裂韧度测试,并将测试结果与相关文献结果进行比较,证明了该方法的合理性和有效性。

由于原状冻土处于自然状态下,其本构关系及水分、温度的分布符合实际状态,而且其实际破坏形式往往是非线性的剪切破坏,所以论文采用了非线性冻土断裂实验模型,对自然状态下的原状冻土进行了断裂破坏实验,着重对Ⅱ型断裂(剪切)破坏的四点弯曲直裂纹试样进行了实验研究.实验过程中改造了四点弯曲实验台,采用着色法测量预制裂纹尺寸.实验原理采用基于能量平衡的方法,利用数据采集系统分别测出了原状冻土四点弯曲试样加力点处位移与力的关系曲线以及相应的非线性参数,推导出裂纹扩展非线性能量释放率计算公式,当试样达到承载极限状况时测试出Ⅱ型断裂试样非线性断裂韧度.同时,提出了修正因子计算非线性断裂韧度的方法,将能量方法测试结果与修正因子方法结果进行了对比,二者基本是一致的.以上提出的冻土Ⅱ型断裂非线性断裂韧度测试方法,及获得的非线性断裂韧度测试结果,为非线性理论研究和工程应用提供了依据.

基于能量平衡的原理,采用冻土弯曲断裂试验模型,根据不同深度的冻胀量、冻深与时间变化规律,严格控制试样制作及试验时的温度,对原状冻土进行了断裂韧度测试试验。得出Ⅰ型直裂纹试样的GC和GC*值,从而为原状冻土的非线性断裂破坏问题的研究进行了有意义的尝试,拓宽了思路。

在以往原状冻土现场试验方法的基础上,针对原状冻土的非线性断裂力学特性进行了Ⅰ型和Ⅱ型断裂力学试验。在不同深度的冻胀量、冻深与时间变化规律下严格控制试样制作及试验时的温度,利用动态数据采集系统测出试样加力点处位移与力的关系曲线,并计算出相应的非线性参数。提出了利用非线性修正因子计算原状冻土断裂韧度的方法,并算出Ⅰ型、Ⅱ型直裂纹加卸载试样的非线性断裂韧度,将其与岩石断裂力学中的塑性修正因子方法的计算结果进行了对比,二者基本一致,说明该方法可以用来计算、修正原状冻土非线性断裂韧度,从而为冻土非线性理论的研究拓宽了思路。

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。