为提高岩土塑性力学模型破坏仿真的能力，需要考虑多屈服面, 但其相关硬化规律（dependent hardening）在塑性力学里一直没有得到很好的解决。申请者通过热力学平衡的概念将率无关塑性力学与非平衡热力学联系起来，指出屈服面角点的形成是材料系统从有势状态发展到有旋状态的结果，表现为自由能函数从全微分退化为微分形式（1-form），角点屈服面个数与微分形式的内部自由度有关，这为解决相关硬化规律开辟了一条新路。拟在此基础上，通过理论分析、基于颗粒流分析的数值分析、基于软物质材料的试验，发展基于内部自由度的岩土塑性力学框架和实用模型，并在高拱坝地质力学模型破坏试验上研制实用模型对破坏仿真的有效性。本研究同时也可以解决包括屈服面角点形成的过程的热力学机制、基于热力学基础的多屈服面的相关硬化规律和机制、基于热力学内部自由度的塑性力学框架等关键科学问题。

按照原计划执行，并将岩土塑性理论拓展到孔隙塑性理论，对当前坝工界高度关注的高拱坝蓄水诱发的谷幅变形现象开展了深入研究。围绕基于热力学的岩土塑性理论这一主题，在理论分析、材料试验及数值模拟等方面开展了一系列研究，取得了较为丰硕的成果，全面达到了预定的目标。突出进展包括首次建立了基于不可逆热力学的非弹性结构动力问题的Hamilton原理，基于颗粒相似材料的精细粘滑机理实验研究，粘弹性-粘塑性-粘性损伤本构模型及其在水力劈裂和盐岩储庫变形稳定中的应用，孔隙塑性理论及在高拱坝蓄水诱发的谷幅变形的应用，等等。项目成果已经在锦屏一级、松塔、白鹤滩、孟底沟等拱坝整体稳定性评价，岩盐密集储气库，大同煤矿石炭系厚煤层坚硬顶板等国家重大岩石工程中得到应用。研究期间，项目已发表SCI检索论文6篇，EI检索论文10篇，发表国际/国内大会特邀报告6次；毕业博士生8人，其中4人获国家奖学金；出站博士后1人，获得中国大坝工程学会第八届汪闻韶院士青年优秀论文奖。项目负责人杨强获得国家科技进步二等奖一项，省部级科技进步一等奖三项，获得中国力学学会首届黄文熙-陈宗基岩土力学奖的岩石力学成就奖，并当选为国际岩石力学与岩石工程学会（ISRM）副主席，获邀在国际水动力滑坡研讨会上做45分钟大会报告，并做第三届“谷德振讲座”特邀报告。 2100433B

对正冻饱和岩土介质的记忆效应和其中孔隙水迁移的正确描述是对其进行热学、力学分析的关键。为了描述正冻饱和岩土介质的记忆效应及其中的孔隙水迁移，本课题基于相场理论和混合物理论，首次建立正冻饱和岩土介质的相场理论。通过引入序参量把正冻饱和岩土介质的骨架和孔隙水处理成两种特殊固体。根据混合物理论，建立骨架及孔隙水的各类守恒方程。利用正冻饱和岩土介质的熵不等式，建立其本构关系。根据所建立的正冻岩土介质的一般相场理论，建立正冻岩土介质的具体相场理论。基于所建立的岩土介质相场理论，建立相应的有限元模型。利用该有限元模型，对正冻岩土介质和其与结构的相互作用进行数值模拟。为验证所建立的相场理论，本课题拟对正冻岩土介质进行相关试验。本课题的研究对相场理论及正冻岩土介质热力学理论的发展，对岩土介质冻胀、冻融的数值模拟及预报，对冻结法施工的设计计算，对水工混凝土的耐久性研究等均具有重要意义。

本书对从早期经典到新近发展的岩土介质塑性理论及相应分析方法进行了全面、深入的总结。首先，介绍了连续介质力学与经典弹塑性理论的基础知识；其次，论述了理想塑性、硬化塑性与临界状态塑性、多重屈服面与边界面塑性、非共轴塑性以及无屈服面塑性等系列非线性岩土材料塑性理论模型；最后，呈现了岩土工程边值问题的系列求解方法，包括弹塑性严格解析、滑移线场极限分析和有限元数值分析等方法及实现要点。

基于十二面体单元主剪面应力对和主剪面应力对的作用这两个概念提出岩土发生剪切破坏的新机理，基于该机理提出岩土的三剪统一强度理论并对其进行微细观及宏观理论分析，完成所需的岩土在复杂应力条件下的强度和变形试验，特别是岩土破坏特征方面的试验，进一步完善对所提理论的实验验证；研究以三剪统一强度理论为基础的岩土弹塑性本构关系及其在岩土工程有限元计算中的应用方法；研究在实际岩土工程问题中如何依据工程岩土体的实际情况来确定强度准则中所需岩土力学参数值的方法；针对采用有限元计算、岩土体为非均质体的复杂岩土工程问题，提出一套系统的理论和方法用于解决岩土力学参数的空间变异性分析、岩土力学参数随机场的离散、单元体力学参数的最优估值、单元体网格的合理划分等问题；根据所得理论研究成果，完成相应的有限元计算编程，对一些著名的岩土工程数值计算软件进行相应的二次开发。 2100433B