论文摘要：基于粘聚断裂模型的冰等准脆性材料断裂特性研究

由于其显著的尺寸效应，准脆性材料的断裂特性，一直是工程界关心的重要问题。鉴于大比尺物理模型试验的困难性，以粘聚断裂模型为基础的各种修正模型，在解决准脆性材料的断裂能与断裂轫度计算方面，发挥着越来越重要的作用。本文以粘聚断裂模型为基础，重点研究海冰在外荷载下裂缝的起裂与扩展；根据大比尺海冰模型实验资料，探讨了海冰在不同条件下裂缝扩展区域的应力软化曲线；推导了带边缘裂缝的矩形平板的权重函数，并由此得到了海冰等准脆性材料的无量纲扩展长度。具体内容如下：1） 以承受远端均布荷载的Griffith裂缝问题为研究对象，通过研究软化曲线与扩展长度的内在联系，排斥了海冰材料的“矩形软化” 路径，揭示了其“分段凸直线”软化的必然性；2） 在荷载控制和位移控制两种阶段，对半无限大平板上的粘聚边缘裂缝的起裂和裂缝扩展进行了研究。结果表明：半无限大平面上的边缘初始自由裂缝的形成，首先要求材料形成纯粹的粘聚区域，这对揭示无初始缺口试验梁的起裂和早期扩展，具有重要意义；3） 以海冰材料为基础，基于修改后的粘聚断裂模型，推导了初始裂缝极短和初始裂缝极长两种极限条件下的裂缝端口应力强度因子公式和裂缝端口张开口位移公式；4） 根据上述公式，以及端口应力强度因子不能超过材料的断裂轫度的条件，可以方便地计算各种初始裂缝长度情况下（包括两种极限情况）准脆性材料的断裂应力场及裂缝张开趋势，并将该方法在混凝土大坝容许灌浆压力值计算中进行了应用。上述成果，对恰当地描述海冰等准脆性材料的断裂特性，具有一定的理论价值和重要的工程意义。