冻土是多相复合材料,其内部含有很多孔洞、裂隙等缺隙,它的断裂破坏过程像岩石及混凝土等准脆性材料一样具有明显的非线性特征。本文提出了一种胶结力裂纹模型来模拟冻土的断裂破坏过程。这种模型基于在裂纹尖端插入非线性界面元来模拟微裂纹区的胶结力(使裂纹闭合的力),裂纹扩展判据采用最大应变能释放率准则,同时编制程序对冻土Ⅰ-Ⅱ复合型非线性断裂破坏的进行了数值模拟,采用了自适应网格及节点应力释放技术来保证计算结果的精确度。最后将数值模拟的结果与冻土Ⅰ-Ⅱ复合型实验测试数据进行了比较,两者基本符合。
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。