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第1章 绪论1

1.1 研究背景及意义1

1.1.1 研究背景1

1.1.2 研究目的及意义3

1.2 断裂力学理论及其应用现状4

1.2.1 线弹性断裂力学理论4

1.2.2 弹塑性断裂力学理论5

1.2.3 断裂力学对复杂材料的应用研究5

1.3 冻土力学研究现状7

1.4 冻土断裂力学研究现状9

第2章 冻土断裂破坏准则研究11

2.1 冻土传统抗剪强度理论11

2.1.1 莫尔-库仑强度理论11

2.1.2 莫尔-库仑强度理论存在的局限性13

2.2 断裂力学理论对冻土材料的适用性13

2.2.1 冻土材料自身的适用性14

2.2.2 满足小范围屈服的条件17

2.2.3 实际工程问题中的适用性18

2.3 冻土断裂破坏准则19

2.4 冻土断裂破坏准则研究的问题23

2.4.1 张拉强度破坏问题23

2.4.2 剪切强度破坏问题24

2.4.3 拉、剪复合型强度破坏问题24

2.4.4 压缩断裂强度破坏问题24

2.5 小结26

第3章 冻土弯曲断裂韧度试验研究27

3.1 原状冻土现场测试方法27

3.1.1 现场取土27

3.1.2 试样初始裂纹的制作28

3.1.3 试样裂纹长度的测量28

3.1.4 试验装置29

3.2 原状冻土断裂韧度测试原理29

3.2.1 Ⅰ型断裂韧度KⅠC测试原理29

3.2.2 Ⅱ型断裂韧度KⅡC测试原理31

3.2.3 复合型断裂韧度测试原理32

3.3 大连地区原状冻土断裂韧度测试试验33

3.3.1 土质分析33

3.3.2 冻结历史的确定33

3.3.3 Ⅰ型断裂韧度KⅠC测试结果34

3.3.4 Ⅱ型断裂韧度KⅡC测试结果36

3.3.5 复合型断裂韧度测试结果37

3.4 沈阳地区原状冻土断裂韧度测试试验37

3.4.1 土质分析37

3.4.2 冻结历史的确定38

3.4.3 Ⅰ型断裂韧度测试结果39

3.4.4 Ⅱ型断裂韧度KⅡC测试结果40

3.4.5 复合型断裂韧度测试结果41

3.5 室内重塑冻土断裂韧度的测试41

3.5.1 试验方法42

3.5.2 断裂韧度试验43

3.6 现场测试与室内测试结果比较49

3.6.1 断裂韧度KⅠC的比较49

3.6.2 断裂韧度KⅡC的比较50

3.7 冻土非线性应变能释放率测试51

3.7.1 冻土非线性断裂韧度（应变能释放率GC）的测试原理51

3.7.2 冻土非线性断裂韧度测试结果54

3.8 冻土非线性断裂韧度JⅠC及JⅡC试验58

3.8.1 冻土非线性断裂韧度测试原理59

3.8.2 试样制作及试验装置62

3.8.3 原状冻土非线性断裂韧度试验结果62

3.8.4 两种方法试验结果的比较分析64

3.9 小结65

第4章 冻土压缩断裂韧度试验研究66

4.1 翼型裂纹压缩断裂模型66

4.2 试验原理67

4.2.1 压裂断裂模型试验原理（方法一）67

4.2.2 压剪断裂模型的试验原理（方法二）68

4.3 试验设计70

4.3.1 试样制备70

4.3.2 试样初始裂纹的制作70

4.3.3 试验装置71

4.3.4 测试数据71

4.4 对试验原理（一）所得结果的讨论75

4.4.1 斜裂纹角度对KⅠC值的影响75

4.4.2 试验温度对KⅠC值的影响77

4.4.3 试样加载速率对KⅠC值的影响78

4.5 对试验原理（二）所得结果的讨论79

4.5.1 斜裂纹角对KⅠC和ⅡC值的影响79

4.5.2 试验温度对KⅠC和KⅡC值的影响81

4.5.3 试样加载速率对KⅠC和KⅡC的影响83

4.6 两种方法结果比较84

4.6.1 斜裂纹角对KⅠC值影响的比较84

4.6.2 试验温度对KⅠC值影响的比较86

4.6.3 试样加载速率对KⅠC值影响的比较87

4.7 原状冻土的压缩试验89

4.7.1 试验设计89

4.7.2 试样制作89

4.7.3 试验装置89

4.7.4 测试结果90

4.8 小结91

第5章 冻土非线性断裂破坏的胶结力裂纹模型及其特征值计算92

5.1 冻土微裂纹尺寸的观测与识别93

5.1.1 冻土中微结构的观测与微裂纹识别93

5.1.2 冻土中微裂纹尺寸的确认95

5.2 冻土裂纹尖端微裂纹损伤区形貌测试分析98

5.2.1 微裂纹损伤区观测试验99

5.2.2 微裂纹损伤发展过程分析100

5.2.3 冻土的微裂纹损伤区的理论计算102

5.2.4 微裂纹损伤区转化当量裂纹尺寸的计算104

5.3 冻土张拉破坏的胶结力裂纹模型105

5.4 冻土压缩破坏的胶结力裂纹模型106

5.4.1 翼型裂纹试样的宏观断裂过程研究107

5.4.2 翼型裂纹压缩断裂模型108

5.5 胶结力裂纹模型特征值计算110

5.5.1 胶结力裂纹模型裂纹尖端位移场解析表达式110

5.5.2 裂纹尖张开位移表达式115

5.5.3 裂纹扩展位移表达式117

5.6 小结120

第6章 冻土非线性断裂破坏数值模拟121

6.1 断裂力学主要的算法研究121

6.1.1 数值计算方法121

6.1.2 半解析数值方法的研究126

6.2 冻土非线性断裂过程的数值模拟的计算方法127

6.2.1 张拉型及压缩型的破坏过程数值模拟方法127

6.2.2 Ⅰ-Ⅱ混合型的数值模拟130

6.3 数值算例133

6.3.1 三点弯曲梁模型133

6.3.2 压缩模型结果135

6.3.3 Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试样的数值模拟结果137

6.4 小结138

第7章 结论139

7.1 研究的主要结论139

7.2 主要创新点141

7.3 不足及后续研究建议143

参考文献146