冻土作为国土资源,寒区工程的地基基础及建筑物的低温环境,对其破坏形式与破坏机理的研究始终是冻土力学需要解决的重要领域之一。本文从研究冻土发生脆性断裂破坏的条件出发,建立了适用于冻土自身特性的断裂破坏准则。对未扰动的原状冻结粉土和粘土,采用新的试验方法进行了现场断裂韧度测试研究,而后将其结果同室内重塑冻土断裂韧度测试结果相比较,建立了二者之间的关系,这为从室内断裂韧度测试结果推算出现场测试结果做了有益的尝试。同时,还就在冻土试验研究中从未采用过的翼型裂纹试样进行了压裂断裂韧度和压剪断裂韧度测试研究,分别得出了这两种计算模型的断裂韧度值,并分析了两者之间的关系。最后,将断裂破坏准则应用于实际水利工程中,得出了令人满意的计算结果。具体研究内容如下: 论文第一部分主要介绍了本研究的背景和意义,讨论了断裂力学的基本理论和冻土力学以及冻土断裂力学发展的历史及现状。 论文第二部分首先论述了传统冻土强度破坏准则及其存在的局限性,着重分析了断裂力学理论对冻土材料的适用性及适用条件,并给出了冻土断裂破坏准则的一般形式。由于该准则不仅能够解决剪切强度破坏问题,而且还能解决张拉强度破坏和压剪强度破坏问题,因此,该断裂破坏准则是对传统破坏准则的补充和发展。 在应用该冻土断裂破坏准则解决实际问题过程中,材料自身抵抗发生断裂破坏的能力(即材料的断裂韧度)起着决定性的作用,因此,在本文的第三章主要针对原状冻结粉土和粘土进行了断裂韧度测试研究,并结合原状冻土的特性给出了现场测试的新方法,得出了Ⅰ型、Ⅱ型以及Ⅰ—Ⅱ复合型式下的断裂韧度值,并在相同试验条件下,将室内重塑冻土的测试结果同现场测试所得到的结果进行比较,建立了两者之间的关系,这为冻土断裂破坏准则的应用提供了重要的参数。 由于冻土断裂破坏准则不仅能够解决弯曲断裂破坏Ⅰ型、Ⅱ型问题,而且对冻土压缩断裂破坏Ⅰ型或Ⅰ-Ⅱ型问题也能很好的解决,因此,在本文的第四章通过对翼型斜裂纹这种新型的冻土试样进行了压缩断裂测试,得到了相应的断裂韧度值。通过对应用两种不同计算方法所得到的断裂韧度值的比较,找出了该两种方法之间的规律,丰富了冻土断裂力学的测试研究。 本文的第五章主要是应用前面试验测试结果,针对具体的水利工程实际问题进行了分析和计算,从而进一步证明了该冻土断裂破坏准则不仅能够解决冻土材料本身的破坏问题,而且还能解决以冻土材料为低温环境的建筑物冻害破坏问题。