在寒冷的地区，边坡、路堤和地基等工程结构面临着复杂的三维应力状态，尤其在地震和车辆等动力荷载的影响下，其稳定性问题一直是工程领域关注的重点。近日，中国科学院西北生态环境资源研究院的科研团队在冻土动力学领域取得了突破性进展，他们通过创新的实验手段，成功模拟了复杂三维应力环境下冻土的变形和疲劳破坏特性。相关论文发表于International Journal of Fatigue。

该团队利用先进的冻土空心圆柱设备，模拟了主应力偏转角、中主应力系数和大主应力幅值恒定的循环应力状态。在-6℃的低温条件下，他们系统地研究了三维应力参数对冻结青藏粉质粘土的影响，包括其变形行为、应力应变特征、损伤演化发展规律以及疲劳破坏特性。

实验结果显示，三维应力参数对冻土的变形行为具有显著影响，并会加速冻土的疲劳破坏进程。这一发现打破了传统冻土动力学研究方法对冻土稳定性的认知局限。过去的研究方法往往高估了复杂三维应力状态下冻土抵抗变形和疲劳破坏的能力，而新的研究成果为准确评估寒区工程设施的稳定性提供了重要依据。

该研究成果不仅有助于深入理解高路堤边坡下的冻土地基、冻土基坑、边坡等复杂应力状态下冻土的动力学行为，还为地下工程施工中遇到的人工冻结体等工程结构在地震和车辆等荷载扰动下的稳定性评估提供了新视角。

这一重要发现对于寒区工程设施的运营维护和灾害防治具有重大实际意义。随着未来研究的深入，这些成果有望为寒区工程建设提供更加科学、精准的指导和支持，推动相关领域的技术进步和工程安全性的提升。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2024.108178

  循环荷载下恒定中主应力系数与主应力偏转角的应力环境模拟。西北生态环境资源研究院供图。

 不同中主应力系数下轴向与扭转剪切向应变随循环加载次数的变化。西北生态环境资源研究院供图。

  循环加载过程的全程应力-应变特征。西北生态环境资源研究院供图。

  破坏振次与试样破坏时的应变。西北生态环境资源研究院供图。