冻土的强度和变形特性是评价寒区工程在建设及运营期间稳定和安全的重要指标。由于多年冻土形成时气候环境和地质环境的综合影响,呈现出复杂透镜冰构造,致使其力学行为复杂多变。加之近年来随着气候变暖,多年冻土的地温逐渐升高,表现出强烈的工程不稳定性,而且寒区工程对基础变形要求的进一步提高,若采用传统的试验方法和理论思路对冻土力学行为进行研究,则得出的力学参数和模型无法准确满足工程设计和稳定计算的需求。本文重点关注冻土结构特性对其力学行为的影响,采用室内试验、理论分析和数值计算相结合的技术手段,在充分认识结构类型、温度和应力条件对冻土力学特性及变形破坏影响的基础之上,构建并验证了考虑冰-冻土界面的含透镜冰冻土弹塑性损伤本构模型和蠕变本构模型。本文取得的主要研究成果如下:利用低温加载试验系统和GDS三轴试验系统对含透镜冰冻土的力学行为进行试验研究,分析了结构特性、温度和应力条件对冻土强度的影响及结构特性对温度和应力水平的敏感性;建立了不同结构类型冻土的强度、剪切模量、黏聚力、内摩擦角与温度和应力水平之间的定量关系;提出了不同结构类型冻土强度、弹性模量和泊松比与围压之间的关系;研究了不同结构类型冻土在不同围压下起裂强度和扩容强度的变化规律;揭示了不同结构类型含透镜冰冻土在不同温度和应力条件下的变形破坏机理。基于不同温度和应力条件下冰-冻土界面的剪切行为,分析了冻土初始孔隙比、初始含水率和温度对界面抗剪强度、摩擦角和黏聚力的影响;表征了冰-冻土界面的结构性,并根据剪切过程中界面结构性的发挥程度定义了结构系数比,推导了考虑结构性的冰-冻土界面的剪切刚度表达式;研究了界面剪切刚度随法向应力、初始含水率和初始孔隙比的变化规律,揭示了冰-冻土界面强度形成机理和损伤演化过程;通过引入流变学元件来模拟界面的胶结、摩擦及其耦合的力学行为,建立了冰-冻土界面在剪切过程中的弹塑性损伤本构模型。基于不同应力条件下含透镜冰冻土的试验结果,提出了内部裂纹起裂准则和扩展路径;分析了不同结构类型冻土的破坏模式,对于不含透镜冰的均质冻土,荷载作用下以剪切破坏为主,而含透镜冰的冻土,破坏面主要由透镜冰端部翼裂纹扩展并与冰-冻土界面贯通而形成;基于连续损伤力学及应变能原理,建立了含透镜冰冻土的构造缺陷和细观缺陷耦合的损伤变量;研究了透镜冰的倾角、数量、长度和冰-冻土界面对损伤变量的影响规律;基于应变等效性假设,根据含透镜冰的几何参数对冻土的模量矩阵进行修正,采用关联流动性法则和D-P准则建立了含透镜冰冻土的弹塑性本构模型;对模型进行了数值实现,并基于试验结果对模型的合理性进行了验证。基于不同应力条件下含透镜冰冻土的蠕变试验,分析了偏应力和结构特性对冻土蠕变变形的影响,确定了不同结构类型冻土的初始弹性模量和长期强度;定义了含透镜冰冻土在蠕变过程中的硬化变量和损伤变量并分析了硬化效应和损伤效应在蠕变过程中各自发挥的作用及特征;研究了冰-冻土界面摩擦系数和透镜冰倾角对损伤变量的影响,认为冰-冻土界面摩擦系数较透镜冰倾角对损伤变量的影响要大,界面的力学特性不但影响损伤变量的初始值,还决定着损伤变量接近1时的蠕变时长;通过在经典Nishihara模型中引入硬化变量和损伤变量构建了含透镜冰冻土蠕变本构模型,并对模型的正确性进行了验证。本论文分析了含透镜冰冻土在不同温度及荷载条件下的力学行为变化规律;提出了考虑冰-冻土界面的含透镜冰冻土弹塑性损伤本构模型和蠕变模型;实现了复杂结构原状多年冻土在不同应力条件下的数字模型试验;揭示了原状多年冻土在不同应力条件下的变形破坏机理。本论文的研究思路和结论可为控制多年冻土地基的变形破坏提供一定的参考,对冻土力学的发展有一定的促进意义。