我国是世界上寒区分布面积最大的国家之一,各种寒区工程项目也较多,如新疆天山公路、青藏铁路及目前在建的川藏铁路等,这些工程项目都将涉及裂隙岩体,其物理力学参数和本构关系对工程项目的重要性不言而喻。寒区裂隙岩体因经历了多年的冻融作用,在物理力学特性和本构方程方面通常有别于普通裂隙岩体,因此,研究冻融裂隙岩体的物理力学特性及本构关系极具必要性。以西藏如美水电站坝址区冻融英安岩为例,通过相似材料对冻融单裂隙英安岩的物理力学特性展开了研究,同时利用损伤力学等理论建立了其损伤本构模型,并对模型的准确性及合理性进行了应用和验证,获得如下认识:(1)在物理特性方面:(1)冻融单裂隙英安岩的干燥质量、干燥密度、纵波波速随冻融次数的增加而减小,饱水质量、饱水密度、吸水率则刚好与之相反。(2)上述物理参数除了与冻融次数有关外,还与裂隙倾角息息相关,但尚未发现明显的对应关系。(3)对比分析发现,试样经冻融后,波速和吸水率的变化率相对较大,说明冻融作用对单裂隙英安岩物理参数中的波速和吸水率影响最大。(2)在力学特性方面:总体而言,冻融作用主要使力学性质产生劣化,尤其对抗压强度、弹性模量、剪切模量的劣化程度相对较大,而裂隙倾角决定的是变形过程、破坏模式,同时对力学参数也具有重要影响,特别是对抗压强度的影响相对较大。具体而言,(1)随着冻融次数增加,抗压强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角、剪切模量会逐渐减小,而抗冻系数和破裂面的粗糙程度会随之增加。(2)随着裂隙倾角从0°增加到90°,除内摩擦角总体逐渐减小外,抗压强度、弹性模量、粘聚力、剪切模量等力学参数及其改变量均会先减小后增大,30°时达到最小值,且这种变化特征并不会因为冻融与否或冻融次数多少而发生改变,同时泊松比及其变化量也随裂隙倾角变化而变化,可见,裂隙倾角对力学参数的重要影响。(3)0°和90°裂隙倾角试样的变形过程分为压密阶段、弹性阶段、破裂发展阶段、破裂后阶段;30°和60°倾角试件的变形过程分为压密阶段、弹性阶段、宏观裂隙压密阶段、弹性阶段、破裂发展阶段、破裂后阶段。(4)无围压时,0°和90°裂隙倾角试样以张拉破坏为主,30°和60°裂隙倾角试样以剪切破坏为主;有围压时,不论倾角大小,均以剪切破坏为主。(3)在损伤本构方程方面,从宏细观两个角度出发,首先建立了冻融条件下,单裂隙英安岩的细观损伤本构关系,然后基于能量守恒原则推导了其宏观损伤计算表达式,再结合宏细观损伤耦合关系,进而获得了单裂隙英安岩在冻融-单轴压缩荷载联合作用下的宏细观复合损伤本构模型,在此基础上,进一步推导获得了冻融-常规三轴压缩荷载条件下单裂隙英安岩的损伤本构关系。(4)模型应用与验证方面,对模型进行应用发现,模型结果与试验结果吻合度较高,说明模型是合理的,同时发现:单轴压缩时,随着应变的增加,冻融完整英安岩的损伤演化过程可分为线性损伤和减速损伤两个阶段,而冻融单裂隙英安岩的损伤演化过程可分为损伤弱化、加速损伤、线性损伤、减速损伤四个阶段。常规三轴压缩时,随着轴向应变的增加,冻融完整英安岩和冻融单裂隙英安岩的损伤演化过程均分为损伤弱化、加速损伤、线性损伤、减速损伤四个阶段。