凍土破壞力學(xué)

《凍土力學(xué)系列叢書》序

中文版序言

前言

第1章凍土的物理力學(xué)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(shí)驗(yàn)-理論基礎(chǔ)

參考文獻(xiàn) 2100433B

本書譯自蘇聯(lián)凍土破壞力學(xué)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(xué)性質(zhì)入手，分析了土體在凍結(jié)和外力作用下的力學(xué)行為過程。將凍土視為在機(jī)械荷載作用下發(fā)生破壞的介質(zhì)，分析了不同種類機(jī)械與凍土的相互作用條件，研究了在機(jī)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(yàn)研究體系。

本書譯自俄羅斯莫斯科國立大學(xué)地質(zhì)系凍土學(xué)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(xué)、 蠕變理論、 凍土長期強(qiáng)度與長期變形預(yù)報(bào)以及凍土破壞動力學(xué)等方面的成果作了重點(diǎn)介紹。較為詳細(xì)地介紹了 Л. Т. 羅曼教授在凍土比擬法預(yù)報(bào)、 凍土強(qiáng)度與變形方面的具體研究內(nèi)容，反映了近年凍土力學(xué)學(xué)科在這些研究方向的進(jìn)展和動態(tài)。

（1）力學(xué)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(rèn)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(xué)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(yàn)研究。

（2）特殊的荷載歷史。深土凍土力學(xué)的特點(diǎn)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(yīng)力——變形關(guān)系（本構(gòu)關(guān)系）、力學(xué)行為、破壞準(zhǔn)則和強(qiáng)度理論有何不同有待研究確定。因此將淺土凍土力學(xué)的成果外延應(yīng)用到深土凍土?xí)r，常常造成計(jì)算結(jié)果或設(shè)計(jì)結(jié)果的較大誤差，甚至錯誤，給工程造成嚴(yán)重后果。

（3）深土凍土力學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)值確定方法有待建立。淺土凍土力學(xué)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(xué)試驗(yàn)方法，即加載過程試驗(yàn)，求得試件力學(xué)參數(shù)并應(yīng)用于工程是可行的，它已被工程實(shí)踐所證實(shí)。而深土凍土力學(xué)應(yīng)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(yàn)求得其力學(xué)特性參數(shù)。所以從試驗(yàn)方法、設(shè)備都要改變。重新建立深土凍土力學(xué)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)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(xué)參數(shù)與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的關(guān)系。在材料力學(xué)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(xué)可以求出簡單結(jié)構(gòu)物的應(yīng)力分布，再與加載過程的試件力學(xué)參數(shù)值結(jié)合，來確定結(jié)構(gòu)物安全的整體強(qiáng)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(yīng)力分布和材料力學(xué)參數(shù)，以及力學(xué)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?qiáng)度，而且作原型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)進(jìn)行對比后得出試件強(qiáng)度（標(biāo)號）與不同構(gòu)件條件下可取用的材料強(qiáng)度值的關(guān)系。它可作為深土凍土力學(xué)參數(shù)與凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度關(guān)系研究的借鑒。目前只作試件力學(xué)參數(shù)研究對于深土凍土力學(xué)來講，試驗(yàn)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(xué)的基本研究內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括:1）在研究深土的力學(xué)參數(shù)與深度（即圍壓）間關(guān)系的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)研究深土凍土力學(xué)物理參數(shù)、力學(xué)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(xué)性能參數(shù)的實(shí)驗(yàn)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(yàn)條件下的本構(gòu)關(guān)系、破壞準(zhǔn)則和強(qiáng)度理論;4）深土中凍土試件強(qiáng)度與凍結(jié)壁強(qiáng)度間關(guān)系（包括幾何效應(yīng)和均質(zhì)效應(yīng)等）的實(shí)驗(yàn)研究;5）深土中土、凍結(jié)壁、工程結(jié)構(gòu)物間力學(xué)、熱學(xué)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(xué)關(guān)系;7）其它深土中人工凍結(jié)工程中力學(xué)問題研究;8）深土凍土力學(xué)的試驗(yàn)方法、原理及測試技術(shù)。對深土凍土力學(xué)的研究方法有些可以借鑒淺土凍土力學(xué)的方法和成果。但許多內(nèi)容是從實(shí)驗(yàn)開始。首先要明確深土凍土力學(xué)的學(xué)術(shù)思想和特點(diǎn)，并在其指導(dǎo)下開展深土中凍土力學(xué)的力學(xué)特性、本構(gòu)關(guān)系、破壞準(zhǔn)則和強(qiáng)度理論的實(shí)驗(yàn)研究，并逐步上升到規(guī)律和理論。 2100433B