遗传算法(GA)与粒子群算法(PSO)分别具有缺乏目标导向性和易陷入局部最优的缺点,但同时分别具有全局搜索能力强与能有效传递优势信息的优点。本文以GA计算步结合精英保留策略作为PSO计算步的优势信息,避免PSO算法陷入局部最优,以PSO计算步结合非精英优化策略作为GA计算步的导向信息,克服GA算法缺乏目标导向的问题,建立了GA-PSO新算法。其具体过程为,通过采用GA计算步对解空间进行全局搜索并对精英个体进行保留,进一步,将适应度较差的个体利用PSO计算步进行优化。基于多峰函数的验证结果表明,GA-PSO算法在解空间中具有更强的全局搜索能力,同时具有更快的收敛速度。将GA-PSO算法应用到冻土非正交弹塑性本构模型的参数识别中,通过模型的参数识别以及模型预测结果对比与验证,结果表明GA-PSO算法能够有效识别冻土非正交弹塑性本构模型的参数,提升了模型的预测效果。
高温冻土本构模型是准确计算冻土体应力与变形的关键。基于修正剑桥模型及双屈服面理论，考虑高温冻土黏聚力及内摩擦角的影响，以整体变形εv-lnp曲线描述试样变形特征，采用应力路径相关因子修正当前屈服面及参考屈服面硬化参量，建立了一个高温冻土双屈服面统一本构模型。结合弹塑性理论推导获得了应力应变关系的增量形式，给出了模型参数的含义与简便确定方法，定义了反映高温冻土当前状态的固结参数及潜在强度，剖析了其与硬化参量之间的相互依赖、相互制约动态循环关系，分析了整个应力路径中的模型状态演化过程，利用试验数据对构建的本构模型进行了验证，结果表明提出的本构模型能够很好地预测高温冻土在常规三轴应力路径下的应力应变行为。
冻土动力学是寒区岩土工程所要考虑的重要内容，是研究冻土抗震和抗长期循环荷载的理论基础。本文主要介绍了冻土动力学参数的测试方法，回顾了冻土动力学参数、冻土动强度、冻土动蠕变破坏特征和冻土动蠕变强度的研究进展，并对部分冻土动态本构模型和动蠕变模型进行了简单的介绍，最后对冻土动力学的发展趋势进行了展望。
为探索不同冻融循环次数和围压作用对季节冻土区路基土在不同含水率条件下的应力-应变关系及损伤机理，以辽宁阜新市某公路区间为试验路段，采用环刀法选取试验路段路基土样，通过冻融循环及三轴压缩试验，得到在不同冻融循环次数及围压作用下路基土的应力-应变曲线变化规律；根据损伤力学及统计学原理，将Weibull分布与Lemaitre有效应力原理相结合，建立了季节冻土区路基土损伤本构模型。结果表明：冻融循环作用可导致路基土试件强度降低，且随着试件含水率的增加，应力-应变曲线呈现由应变软化逐渐表现为应变硬化特征，试件最优含水率为应变软化与应变硬化的分界点；随着围压的增大试件强度增加，在冻融循环次数较少且围压较低时，试件的应力-应变曲线出现峰值应力，曲线表现出应变软化特征，在冻融循环次数较多且围压较大时容易出现应变硬化现象；经对比分析，所建立的损伤本构模型与试验应力-应变曲线吻合度较好，且模型所需参数均可通过三轴试验获得，说明该模型能够较好地描述季节冻土区路基土的应力-应变关系，具有实用性。另由试验结果可知，为降低东北地区冻融循环作用对季节冻土区路基强度的影响，提前做好路基的防排水工作对于路基冻融病害防治...
开展荷载作用下冻土的宏-细观力学特性试验研究,对揭示冻土细观力学特性和建立宏-细观力学性质之间的联系具有重要的意义。利用重新研制的可配合医用CT进行扫描的冻土三轴仪开展了不同温度、围压条件下的饱和冻土常规三轴压缩试验研究,其中在轴向加载过程中共对试样进行了8次CT扫描。通过对CT数平均值和应力应变曲线的分析发现:当应力应变曲线表现为应变硬化时,冻土试样CT数平均值随着轴向应变的增加而线性降低;当应力应变曲线表现为应变软化时,试样CT数平均值在软化阶段加速降低。结合动态扫描过程中试样CT数平均值的变化规律,提出利用试样CT数平均值对体积破损率进行表征,建立了饱和冻土的二元介质细观本构模型,并利用试验数据对建立的本构模型进行了验证,结果表明提出的本构模型能够很好的预测冻土在常规三轴应力路径下的应力应变行为。
冻土本构模型对于分析寒区岩土工程的安全和稳定性至关重要。低温吸力理论可以在物理层面解释温度对冻土力学特性产生影响的机理，且基于该理论所建立的冻土本构模型能实现融土和冻土本构关系的统一，所以近年来低温吸力理论受到越来越多的关注。本文首先通过分析饱和冻土中冰-水界面的表面张力作用，在低温吸力理论的基础上提出了低温粒间吸力的概念，并基于Clapeyron方程建立了低温粒间吸力与温度的关系式以及饱和冻土的有效应力公式。其次，针对多种类型的饱和冻土开展了温控侧限压缩试验和三轴剪切试验，发现低温粒间吸力对冻土力学特性的影响可以归结为其对冻土表观超固结性的影响，即冻土的表观超固结程度随低温粒间吸力的增大而增强。根据试验规律，建立了冻土表观前期固结压力和抗剪强度计算公式。最后，将以上所建立的冻土有效应力公式、前期固结压力公式和强度公式与超固结融土的统一硬化本构理论（即UH模型理论）结合，提出了一个新的冻土热力耦合弹塑性本构模型。使用该模型模拟冻土侧限压缩试验、单轴压缩试验和三轴剪切试验，发现其能合理描述冻土在不同温度和围压下的应力-应变关系，且计算结果与试验数据符合良好。
丹东滨海湿地黏性冻土结构复杂，受温度、应力等因素影响，该地带工程竣工后易产生路面不均匀沉降等问题。为此，建立基于能量释放理论的三轴本构模型。为了描述不同温度、围压交互耦合作用下黏性冻土的应力-应变变化规律，采用MTS815试验系统对黏性冻土开展力学特性试验，分析温度、围压对能量演化规律的影响，并结合能量释放理论对传统本构模型进行修正。结果表明：基于能量释放率应力-应变关系的本构计算值与试验值有着良好的吻合度，二者相关系数均在0.95以上，拟合数据和试验数据趋于一致。
随着西部大开发和振兴东北战略进一步深化，各种寒区工程得以大规模修建。为了保证建、构筑物的寿命，使其在服役期内能够保持正常的工作状态，要求冻土和结构物具有良好的冻结强度和稳定性，冻土-结构接触面特性是冻土力学特性最直接的反映，而接触面粗糙度是影响这一特性的重要因素。因此主要从粗糙度出发，根据国内外现有冻土-结构接触面剪切试验研究成果，从粗糙度的评定、粗糙度对力学特性的影响及其微观机理等方面进行了系统的分析；最后基于Gompertz模型构建了可考虑粗糙度影响的接触面剪应力-剪切位移本构模型，验证表明，该模型能够较好地描述接触面的剪应力-剪切位移发展规律。
通过一系列高温冻土-现浇混凝土接触面的负温直剪试验,分析接触面剪切力学特性和受力变形机理,采用二元介质模型对接触面受力变形机理进行力学抽象,引入破损率和应力分担率函数,假设接触面各微元强度服从Weibull概率分布,建立高温冻土-现浇混凝土接触面的本构方程。研究结果表明:接触面剪切变形破坏发生在富含冰膜的界面冻土上,接触面应力-位移曲线表现为应变软化型,可将其划分为4个阶段。在各接触面影响因素中,温度对接触面冻结强度影响最显著,二者呈指数函数关系,法向应力和含水率与冻结强度呈线性关系。基于二元介质理论建立的力学模型和本构关系科学地揭示了接触面微观受力变形机理,较好地描述接触面应力-位移曲线全过程及应变软化现象,可为高温冻土地基中结构承载力的数值模拟和安全评价提供理论依据。
以典型冻土为研究对象，通过不同冻融循环次数的冻融循环实验、不同温度的冻结实验以及不同应变率的冲击动态实验，综合研究了冻融循环冻土的冲击动态力学性能。结果表明，冻土存在冻融循环效应，随着冻融循环次数的增加，冻土的峰值应力有一定程度的降低，但在达到临界冻融循环次数后，峰值应力将维持稳定；同时，冻土表现出明显的应变率效应和温度效应，其峰值应力随应变率的增加或温度的降低而增加。通过定义冻融损伤因子，推导满足Weibull分布的冲击损伤，提出了一个基于Z-W-T方程的损伤黏弹性本构模型。该模型可较好地描述冻融循环后冻土的冲击动态力学行为，为研究季节性冻土区冻土的冲击动态破坏提供参考。