岩石冻融损伤是寒区隧道工程研究的关键问题。为更好地了解寒区岩石的力学性质和冻融侵蚀引起的细观损伤，开展了冻融作用下花岗岩压缩试验、声波试验和CT扫描试验，得到了冻融岩石的物理力学参数和细观损伤特征。通过三维重构，对冻融岩石孔隙演化进行了定量分析，揭示了寒区隧道围岩冻融劣化机制；并基于连续损伤理论和微元统计理论，推导了考虑初始冻融损伤和残余变形的力学损伤本构模型。结果表明：冻融50次后，试样纵波波速下降16.60%,总孔隙率由7.98%增加至10.01%,线弹性模量、峰值应力和残余强度减小，而峰值应变增大；冻融作用能加强孔隙间的连通性发展，提高渗流效应，且增大岩石延展性破坏概率，软化特征明显；新建本构模型参数易确定，物理意义明确，具有较好的准确性和实用性，适用于描述冻融岩石破坏全过程的应力-应变关系，体现岩石残余强度特性。相关研究成果可为寒区隧道工程的服役性能分析提供理论指导。
岩石冻融损伤是寒区隧道工程研究的关键问题。为更好地了解寒区岩石的力学性质和冻融侵蚀引起的细观损伤，开展了冻融作用下花岗岩压缩试验、声波试验和CT扫描试验，得到了冻融岩石的物理力学参数和细观损伤特征。通过三维重构，对冻融岩石孔隙演化进行了定量分析，揭示了寒区隧道围岩冻融劣化机制；并基于连续损伤理论和微元统计理论，推导了考虑初始冻融损伤和残余变形的力学损伤本构模型。结果表明：冻融50次后，试样纵波波速下降16.60%,总孔隙率由7.98%增加至10.01%,线弹性模量、峰值应力和残余强度减小，而峰值应变增大；冻融作用能加强孔隙间的连通性发展，提高渗流效应，且增大岩石延展性破坏概率，软化特征明显；新建本构模型参数易确定，物理意义明确，具有较好的准确性和实用性，适用于描述冻融岩石破坏全过程的应力-应变关系，体现岩石残余强度特性。相关研究成果可为寒区隧道工程的服役性能分析提供理论指导。
为研究动载荷下冻土破坏特性，利用SHPB试验系统开展应变率300s-1～1 000s-1、含水率13%～22%冻土单轴动态冲击试验，并建立本构模型描述单轴冻土动力学响应行为。结果表明：（1）应力-应变曲线可以分为压密阶段、弹性阶段、塑形阶段和破坏阶段，应变率高于700s-1时应力-应变曲线出现明显振荡；（2）抗压强度和弹性模量整体上与应变率呈正相关趋势，但应变率高于900s-1时抗压强度增长速度减缓甚至负增长。最大应变与应变率呈一次函数关系，含水率对最大应变无影响；（3）结合Weibull统计分布、D-P准则以及Z-W-T方程并引入含水率项，建立能考虑不同含水率冻土损伤黏弹性本构模型，验证模型可靠性（R2>0.90）。为冻土工程设计与施工提供一定参考。
为研究动载荷下冻土破坏特性，利用SHPB试验系统开展应变率300s-1～1 000s-1、含水率13%～22%冻土单轴动态冲击试验，并建立本构模型描述单轴冻土动力学响应行为。结果表明：（1）应力-应变曲线可以分为压密阶段、弹性阶段、塑形阶段和破坏阶段，应变率高于700s-1时应力-应变曲线出现明显振荡；（2）抗压强度和弹性模量整体上与应变率呈正相关趋势，但应变率高于900s-1时抗压强度增长速度减缓甚至负增长。最大应变与应变率呈一次函数关系，含水率对最大应变无影响；（3）结合Weibull统计分布、D-P准则以及Z-W-T方程并引入含水率项，建立能考虑不同含水率冻土损伤黏弹性本构模型，验证模型可靠性（R2>0.90）。为冻土工程设计与施工提供一定参考。
随着全球气候变暖情况不断加剧，极地冰川正在加速退缩，冰川发生大规模崩塌、滑塌的频率逐渐增加。冰川冰的主要存在形式为多晶冰，开展多晶冰本构模型研究对于分析冰川稳定性具有重要的意义。本文基于三剪统一强度理论提出了能够反映中主应力影响的屈服函数和塑性势函数，考虑黏聚力随加载过程的变化规律，构建了基于等效塑性应变的硬化函数。采用非相关联流动法则建立能够反映多晶冰力学软化特性的弹塑性本构模型，利用多晶冰常规三轴剪切试验结果对提出的本构模型进行验证，结果表明，提出的弹塑性本构模型能够很好地描述多晶冰的偏差应力–轴向应变及体应变–轴向应变行为。随后，预测了不同中主应力系数条件下的多晶冰真三轴偏差应力–轴向应变及体应变–轴向应变行为。预测结果表明：多晶冰偏差应力–轴向应变曲线均表现出明显的软化，随着中主应力影响系数的增加，残余强度和峰值强度不断增加；体应变随着轴向应变的均表现出先体缩后体胀趋势，并且随着中主应力影响系数的增加，最大体缩量和最大体胀量不断增加。推导出多晶冰弹塑性本构模型的有限差分格式，并写入到数值软件Flac3d中，利用单个单元对写入的本构模型的正确性进行了验证。研...
随着全球气候变暖情况不断加剧，极地冰川正在加速退缩，冰川发生大规模崩塌、滑塌的频率逐渐增加。冰川冰的主要存在形式为多晶冰，开展多晶冰本构模型研究对于分析冰川稳定性具有重要的意义。本文基于三剪统一强度理论提出了能够反映中主应力影响的屈服函数和塑性势函数，考虑黏聚力随加载过程的变化规律，构建了基于等效塑性应变的硬化函数。采用非相关联流动法则建立能够反映多晶冰力学软化特性的弹塑性本构模型，利用多晶冰常规三轴剪切试验结果对提出的本构模型进行验证，结果表明，提出的弹塑性本构模型能够很好地描述多晶冰的偏差应力–轴向应变及体应变–轴向应变行为。随后，预测了不同中主应力系数条件下的多晶冰真三轴偏差应力–轴向应变及体应变–轴向应变行为。预测结果表明：多晶冰偏差应力–轴向应变曲线均表现出明显的软化，随着中主应力影响系数的增加，残余强度和峰值强度不断增加；体应变随着轴向应变的均表现出先体缩后体胀趋势，并且随着中主应力影响系数的增加，最大体缩量和最大体胀量不断增加。推导出多晶冰弹塑性本构模型的有限差分格式，并写入到数值软件Flac3d中，利用单个单元对写入的本构模型的正确性进行了验证。研...
冻土蠕变特性是判断冻土结构是否稳定的决定性因素。以山东张集地区黏土为研究对象，对冻结黏土进行单轴抗压试验与蠕变试验，得到了在不同冻结温度和应力加载等级下的冻结黏土蠕变规律。通过在Singh-Mitchell(S-M)模型中引入双曲线函数和非整数阶微积分，建立了能反映冻结温度和应力加载等级因素影响的冻结黏土非整数阶修正S-M蠕变模型。进一步引入损伤变量，并结合试验数据建立了损伤变量与温度关系公式，提出了非整数阶修正S-M损伤蠕变模型，该模型能较好地描述冻结黏土非稳定蠕变阶段。研究结果表明：随着冻结温度的降低，冻结黏土强度明显提高，蠕变变形减小；应力加载等级变化对冻结黏土蠕变变形影响显著。与经典S-M模型计算值和试验值的对比表明，所建模型能够准确反映温度效应下不同应力加载等级的冻结黏土蠕变规律，并且拟合优度更高。该模型参数同时具有物理和数学意义，且模型参数较少，适用于实际工程应用。
冻土蠕变特性是判断冻土结构是否稳定的决定性因素。以山东张集地区黏土为研究对象，对冻结黏土进行单轴抗压试验与蠕变试验，得到了在不同冻结温度和应力加载等级下的冻结黏土蠕变规律。通过在Singh-Mitchell(S-M)模型中引入双曲线函数和非整数阶微积分，建立了能反映冻结温度和应力加载等级因素影响的冻结黏土非整数阶修正S-M蠕变模型。进一步引入损伤变量，并结合试验数据建立了损伤变量与温度关系公式，提出了非整数阶修正S-M损伤蠕变模型，该模型能较好地描述冻结黏土非稳定蠕变阶段。研究结果表明：随着冻结温度的降低，冻结黏土强度明显提高，蠕变变形减小；应力加载等级变化对冻结黏土蠕变变形影响显著。与经典S-M模型计算值和试验值的对比表明，所建模型能够准确反映温度效应下不同应力加载等级的冻结黏土蠕变规律，并且拟合优度更高。该模型参数同时具有物理和数学意义，且模型参数较少，适用于实际工程应用。
遗传算法(GA)与粒子群算法(PSO)分别具有缺乏目标导向性和易陷入局部最优的缺点,但同时分别具有全局搜索能力强与能有效传递优势信息的优点。本文以GA计算步结合精英保留策略作为PSO计算步的优势信息,避免PSO算法陷入局部最优,以PSO计算步结合非精英优化策略作为GA计算步的导向信息,克服GA算法缺乏目标导向的问题,建立了GA-PSO新算法。其具体过程为,通过采用GA计算步对解空间进行全局搜索并对精英个体进行保留,进一步,将适应度较差的个体利用PSO计算步进行优化。基于多峰函数的验证结果表明,GA-PSO算法在解空间中具有更强的全局搜索能力,同时具有更快的收敛速度。将GA-PSO算法应用到冻土非正交弹塑性本构模型的参数识别中,通过模型的参数识别以及模型预测结果对比与验证,结果表明GA-PSO算法能够有效识别冻土非正交弹塑性本构模型的参数,提升了模型的预测效果。
遗传算法(GA)与粒子群算法(PSO)分别具有缺乏目标导向性和易陷入局部最优的缺点,但同时分别具有全局搜索能力强与能有效传递优势信息的优点。本文以GA计算步结合精英保留策略作为PSO计算步的优势信息,避免PSO算法陷入局部最优,以PSO计算步结合非精英优化策略作为GA计算步的导向信息,克服GA算法缺乏目标导向的问题,建立了GA-PSO新算法。其具体过程为,通过采用GA计算步对解空间进行全局搜索并对精英个体进行保留,进一步,将适应度较差的个体利用PSO计算步进行优化。基于多峰函数的验证结果表明,GA-PSO算法在解空间中具有更强的全局搜索能力,同时具有更快的收敛速度。将GA-PSO算法应用到冻土非正交弹塑性本构模型的参数识别中,通过模型的参数识别以及模型预测结果对比与验证,结果表明GA-PSO算法能够有效识别冻土非正交弹塑性本构模型的参数,提升了模型的预测效果。