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冻土是一种特殊的工程材料,由土骨架、冰、空气以及液态水三相、四组分组成,其物理力学性质较常规材料复杂多变。多相性、各向异性、复杂组构等使得冻土成为一种典型的复杂材料。由于冰的存在,冻土的力学性质受众多因素影响。前人已根据相关试验对各个因素进行了研究,均获得了冻土在单一或两个耦合因素下的变形行为。然而,要想获得冻土在各个耦合因素下的变形行为,是很难实现的。为了工程的适用性以及研究的可行性,本文抓住冻土材料主要的力学行为和影响因素,以便获得简单实用的力学参数和本构模型,重点考虑了冻土在温度和时间效应下的力学行为:冻土的率相关模型和冻土的部分可逆损伤行为。在研究方法上:以室内试验为基础,结合相关理论推导了冻土的率相关本构模型,从宏观力学出发考察了其部分可逆损伤行为。主要研究内容为以下几个部分: (1)随着温度的降低,应变率的增加,冻土强度不断增强。常规单轴试验结果表明,与温度相比,应变率对冻结黄土的变形行为影响更大。基于这一现象,本文考察了冻结黄土应变和应变率的耦合效应,建立了冻结黄土的率相关本构模型,该模型能较好地预测冻结黄土在不同温度、不同应变率下的变形行为; (2)为了避免试样离散性对试验结果的影响,对同一试样进行变速率试验,从而考虑时间效应对冻结黄土力学行为的影响。引入了一个新的率影响因子,建立了冻结黄土的率敏感性方程; (3)为表征冻结黄土的弹性行为,利用常规加卸载和蠕变回弹试验分别计算了冻结黄土的剪切模量,从试验机工作原理、试验精度以及参数获取的利弊等方面进行了分析、对比,最后建议采用蠕变回弹试验计算冻结黄土的率无关剪切模量; (4)基于宏观试验和细观方法建立了冻结黄土的损伤判据,采用了四种常见的损伤因子对冻结黄土的损伤特征进行了表征。基于冻结黄土材料的物理力学特性以及工程服役目的,推荐塑性变形作为冻结黄土材料的损伤因子,用于表征冻结黄土在荷载作用下损伤演化行为; (5)基于冻土在外荷载作用下特殊的内部变化过程,冻土的损伤分为部分可逆损伤和不可逆损伤。本文从宏观力学出发研究了其部分可逆的损伤行为。通过常规三轴加卸载试验和常规三轴加卸载回弹试验对比,观察到冻结标准砂的损伤强化现象,并考察了不同围压、变形、应变率,温度,应力水平以及恢复时间下的损伤强化行为。从宏观上定性的研究了冻土的重结晶现象和损伤强化行为。