凍土破壞力學

《凍土力學系列叢書》序

中文版序言

前言

第1章凍土的物理力學性質(zhì)

第2章冬季期間的土體開挖方法分類

第3章動荷載下凍土破壞的實驗-理論基礎(chǔ)

參考文獻 2100433B

本書譯自蘇聯(lián)凍土破壞力學專家B. B.蘇里科夫教授于1978年出版的《Механика разрушения мерзлых грунтов》。本書從凍土的基本物理力學性質(zhì)入手，分析了土體在凍結(jié)和外力作用下的力學行為過程。將凍土視為在機械荷載作用下發(fā)生破壞的介質(zhì)，分析了不同種類機械與凍土的相互作用條件，研究了在機械振動荷載過程中凍土破壞的過程，并提出了相關(guān)的理論和試驗研究體系。

本書譯自俄羅斯莫斯科國立大學地質(zhì)系凍土學教研室 Л.Т.羅曼教授于 2002 年出版的 《Механика мерзлых грунтов》。 本書對近年來凍土流變學、 蠕變理論、 凍土長期強度與長期變形預報以及凍土破壞動力學等方面的成果作了重點介紹。較為詳細地介紹了 Л. Т. 羅曼教授在凍土比擬法預報、 凍土強度與變形方面的具體研究內(nèi)容，反映了近年凍土力學學科在這些研究方向的進展和動態(tài)。

（1）力學參數(shù)是深度的函數(shù)。天然凍土基本不受有外載，即使深10～20 m的土所受外載也很小，可以認為是在無外載條件下，一維（大面積）傳熱形成的凍土。而深土凍土是人工制冷在有外載（也稱“高圍壓”）條件下形成的。這個外載是土賦存深度的函數(shù)。所以深土凍土的力學參數(shù)是深度的函數(shù)，甚至其物理參數(shù)也與深度有關(guān)。這些關(guān)系和規(guī)律有待試驗研究。

（2）特殊的荷載歷史。深土凍土力學的特點之一是以人工制冷形成的凍結(jié)壁，在形成中和形成后都受外載。然后在凍結(jié)壁內(nèi)側(cè)一維或二維突然減載至另一結(jié)構(gòu)物建成阻止其變形后，凍結(jié)壁內(nèi)側(cè)又存在一維或二維的增載過程。所以深土凍土和淺土凍土的應力——變形關(guān)系（本構(gòu)關(guān)系）、力學行為、破壞準則和強度理論有何不同有待研究確定。因此將淺土凍土力學的成果外延應用到深土凍土時，常常造成計算結(jié)果或設(shè)計結(jié)果的較大誤差，甚至錯誤，給工程造成嚴重后果。

（3）深土凍土力學性質(zhì)的實驗方法和數(shù)值確定方法有待建立。淺土凍土力學多用在一維承載或凍脹對結(jié)構(gòu)物影響的研究，故用常規(guī)的材料力學試驗方法，即加載過程試驗，求得試件力學參數(shù)并應用于工程是可行的，它已被工程實踐所證實。而深土凍土力學應用在已受載條件下形成的凍土，且在一維或二維卸載后變形受阻轉(zhuǎn)為加載的荷載歷史。故需用有載荷條件下制造試件，用卸載和變載試驗求得其力學特性參數(shù)。所以從試驗方法、設(shè)備都要改變。重新建立深土凍土力學參數(shù)的實驗方法、設(shè)備和規(guī)范就成為急迫而必要的了。

（4）要研究試件力學參數(shù)與結(jié)構(gòu)強度的關(guān)系。在材料力學中研究固體材料（特別是金屬材料）在均質(zhì)的、彈性的、小變形的前提下建立的彈性力學可以求出簡單結(jié)構(gòu)物的應力分布，再與加載過程的試件力學參數(shù)值結(jié)合，來確定結(jié)構(gòu)物安全的整體強度和穩(wěn)定性的方法是成功的。但對于非均質(zhì)、非彈性的凍土仍用上述方法，無論是應力分布和材料力學參數(shù)，以及力學參數(shù)與結(jié)構(gòu)形式和幾何尺寸的關(guān)系有待研究?；炷敛牧喜恢蛔髟嚰姸?，而且作原型結(jié)構(gòu)試驗進行對比后得出試件強度（標號）與不同構(gòu)件條件下可取用的材料強度值的關(guān)系。它可作為深土凍土力學參數(shù)與凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)強度關(guān)系研究的借鑒。目前只作試件力學參數(shù)研究對于深土凍土力學來講，試驗與工程是脫節(jié)的。改變這一局面是一個亟待解決的課題。

深土凍土力學的基本研究內(nèi)容應當包括:1）在研究深土的力學參數(shù)與深度（即圍壓）間關(guān)系的基礎(chǔ)上，實驗研究深土凍土力學物理參數(shù)、力學特性及數(shù)值與深度的關(guān)系;2）深土凍土（即有圍壓條件下形成的凍土）力學性能參數(shù)的實驗方法和數(shù)值的確定;3）研究有圍壓條件下形成的凍土試件，在卸載或變載試驗條件下的本構(gòu)關(guān)系、破壞準則和強度理論;4）深土中凍土試件強度與凍結(jié)壁強度間關(guān)系（包括幾何效應和均質(zhì)效應等）的實驗研究;5）深土中土、凍結(jié)壁、工程結(jié)構(gòu)物間力學、熱學及其耦合作用研究;6）深土中凍結(jié)壁形成和解凍過程與土性和地下結(jié)構(gòu)物間的力學關(guān)系;7）其它深土中人工凍結(jié)工程中力學問題研究;8）深土凍土力學的試驗方法、原理及測試技術(shù)。對深土凍土力學的研究方法有些可以借鑒淺土凍土力學的方法和成果。但許多內(nèi)容是從實驗開始。首先要明確深土凍土力學的學術(shù)思想和特點，并在其指導下開展深土中凍土力學的力學特性、本構(gòu)關(guān)系、破壞準則和強度理論的實驗研究，并逐步上升到規(guī)律和理論。 2100433B