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冻土这种特殊地质体的存在，对于寒区经济的开发与建设、以及地铁与深部矿井人工冻结法的施工与应用均产生着深远的影响。冻土力学作为冻土学的重要组成部分和现代岩土力学的重要分支，其理论与实践知识为工程建设的发展做出了重大贡献。虽然前人对冻土的力学性质从不同的方面都有了较深入的发展，但由于土颗粒的组分、结构的差异及力学性质的复杂性，还有很多方面需要开展进一步研究，例如：复杂应力状态下冻土的破坏特征；非关联流动法则描述冻土的复杂变形等方面。为此，本文试图以冻结粉土为研究对象进一步开展有关冻土的强度与本构模型方面的研究工作，进行了低温常规三轴静力试验与高温高含冰量冻结粉土的单轴压缩及蠕变试验，研究了冻结粉土的强度、弹塑性变形、蠕变及损伤演化等力学特征，主要研究内容分为以下几个部分：
(1)研究冻结粉土的变形特征。试验研究发现：在低围压下，冻结粉土的应力应变曲线表现为应变软化型，与此对应的体积变形则总是随着轴向应变的增加先缩后胀；而对于高围压下冻结粉土的应力应变曲线表现为应变硬化型，与此对应的体积变形则为压缩型，即体积随轴向应变的增加只是减小，不出现体胀现象。
(2)研究冻结粉土的强度特征。试验结果可以看出，冻结粉土的强度先是随着围压的增大而增大，而当围压增大到一定值，冻结粉土的强度随围压的进一步增大而减小。为了描述高围压作用下冻结粉土强度随着围压增大而呈现非线性减小的特征，基于摩尔强度准则与包络线定理建立了冻结粉土的非线性强度准则。
(3)鉴于现有试验条件冻土难以进行真三轴试验，从而存在无法构建冻土主应力空间破坏面的难题，本文通过假设冻结粉土在π平面符合Lade-Duncan准则的形状特征，采用考虑受静水压力p影响的π平而上的破坏形状函数，构建了基于Lade-Duncan模型的复杂应力状态下冻结粉土的强度准则，给出了该强度准则的应力空间破坏曲面。
(4)研究冻结粉土的复杂变形特征，构建冻结粉土的弹塑性本构模型。针对现有岩土本构模型难以准确描述冻土的复杂变形问题(应变软化及硬化、剪胀、体缩等)，提出采用非关联流动法则建立冻结粉土弹塑性本构模型的方法，构建了冻结粉土的单屈服面非关联弹塑性本构模型与广义塑性力学本构模型。广义塑性力学本构模型认为变形可以分为压缩和剪切两种机制。体积屈服面采用椭圆的形式，以塑性体积应变为硬化参数；剪切屈服面选用抛物线的形式，以塑性剪应变为硬化参数；鉴于椭圆体积屈服面模型不能较好描述冻结粉土在低围压软化阶段体积呈现剪胀的现象，并考虑剪胀是描述冻结粉土塑性体积应变，从而引入以塑性体积应变为硬化参数能够反映冻结粉土剪胀性质的抛物线剪胀屈服面。
(5)研究高含冰量冻结粉土的压缩变形及损伤演化特征。通过对冻结粉土进行单轴压缩CT扫描试验，研究了高含冰量冻结粉土的应力应变关系及内部结构的损伤演化过程，探讨了温度对高含冰量冻结粉土的宏观力学性能及微观损伤演化过程的影响。试验结果可以看出，冻结粉土的应力应变曲线大致经历线弹性阶段、损伤演化阶段、峰后软化阶段；温度对高含冰量冻结粉土的强度影响较为明显；CT扫描各层初始密度损伤并不相同，但各层密度损伤随着应变变化的趋势大致相同。
(6)研究高温高含冰量冻结粉土的蠕变变形特征。应用损伤理论和概率统计理论，从高温高含冰量冻结粉土内部存在裂隙、空洞等缺陷特征出发，假设冻结粉土内部损伤演化服从Weibull分布的特征，建立了高温高含冰量冻结粉土的蠕变损伤统计本构模型。