黃河冰抗拉強度及斷裂韌度的劈裂試驗研究.pdf

1、在寒冷區(qū)域的結構物設計中，需要著重考慮冰荷載的影響，冰荷載的計算需要冰的單軸壓縮強度、斷裂韌度和抗拉強度等參數(shù)作為支持。但是冰對水文、氣象等地理環(huán)境條件非常敏感，所以由于地理環(huán)境因素的不同，冰的物理和力學性質有很大差異。所以非常有必要繼續(xù)對河冰的物理力學性質進行詳細的研究，對冰工程領域的理論體系進行補充。
　　在對黃河冰進行力學試驗研究之前，首先于2014年1月至3月在黃河寧蒙段頭道拐水文站進行了現(xiàn)場觀測，研究黃河河冰的凍結過程和

2、冰的構成，為力學試驗的試樣選取提供理論依據(jù)?，F(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)在頭道拐水文站所處的黃河彎道處，流凌和冰花由于離心力的作用，大量堆積在彎道外側;隨著冰蓋的凍結彎道外側逐漸被冰凌和冰花塞滿，主河道逐漸向彎道內側移動。隨后形成了彎道外側為粒狀冰，彎道內側為柱狀冰的冰蓋。隨后還對黃河小型清溝的凍結冰蓋進行了測量并做等厚線圖，表明清溝冰蓋呈鍋底狀，而在水流的作用下，下游處形成渦旋，導致清溝下游處冰厚最小。
　　在黃河彎道內側切取冰坯，將其制成垂直

3、和水平方向的薄片用于觀測冰晶體，最終確定黃河冰的晶體結構類型。采用等效直徑法對晶體結構照片計算平均粒徑尺寸，同時采用圖像分析軟件分析冰內氣泡分布情況、泥沙含量和密度等黃河冰的基本物理性質。隨后切取柱狀冰加工力學試驗試樣，通過航空運輸運往大連理工大學的低溫實驗室。在低溫實驗室內采用冰試樣切割儀器加工成巴西圓盤劈裂試樣，隨后使用配備高精度低溫恒溫實驗箱的冰壓力試驗機進行巴西圓盤劈裂試驗，得到黃河冰的抗拉強度和斷裂韌度等力學性質。
　　

4、選取不同的溫度和保證脆性的應變速率作為條件進行巴西圓盤劈裂試驗，重點對溫度、試樣尺寸、應變速率等因素對黃河冰抗拉強度和斷裂韌度的影響進行了分析。試驗結果表明:黃河冰的抗拉強度表現(xiàn)出了明顯的應變速率敏感性。冰的抗拉強度與溫度也有著密切的關系，在相同的應變速率下，冰的抗拉強度值隨著冰溫的降低而增大。本文還探討了試樣尺寸變化對抗拉強度的影響，隨著試樣直徑增大，冰的抗拉強度減小。斷裂韌度與應變速率也有明顯的相關性，應變速率低于9×10-4 s-