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