黃河冰抗拉強(qiáng)度及斷裂韌度的劈裂試驗(yàn)研究.pdf

1、在寒冷區(qū)域的結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)中，需要著重考慮冰荷載的影響，冰荷載的計(jì)算需要冰的單軸壓縮強(qiáng)度、斷裂韌度和抗拉強(qiáng)度等參數(shù)作為支持。但是冰對(duì)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(xué)性質(zhì)有很大差異。所以非常有必要繼續(xù)對(duì)河冰的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的研究，對(duì)冰工程領(lǐng)域的理論體系進(jìn)行補(bǔ)充。
　　在對(duì)黃河冰進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)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(jìn)行了現(xiàn)場觀測，研究黃河河冰的凍結(jié)過程和

2、冰的構(gòu)成，為力學(xué)試驗(yàn)的試樣選取提供理論依據(jù)。現(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(cè);隨著冰蓋的凍結(jié)彎道外側(cè)逐漸被冰凌和冰花塞滿，主河道逐漸向彎道內(nèi)側(cè)移動(dòng)。隨后形成了彎道外側(cè)為粒狀冰，彎道內(nèi)側(cè)為柱狀冰的冰蓋。隨后還對(duì)黃河小型清溝的凍結(jié)冰蓋進(jìn)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(dǎo)致清溝下游處冰厚最小。
　　在黃河彎道內(nèi)側(cè)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(jié)構(gòu)類型。采用等效直徑法對(duì)晶體結(jié)構(gòu)照片計(jì)算平均粒徑尺寸，同時(shí)采用圖像分析軟件分析冰內(nèi)氣泡分布情況、泥沙含量和密度等黃河冰的基本物理性質(zhì)。隨后切取柱狀冰加工力學(xué)試驗(yàn)試樣，通過航空運(yùn)輸運(yùn)往大連理工大學(xué)的低溫實(shí)驗(yàn)室。在低溫實(shí)驗(yàn)室內(nèi)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(shí)驗(yàn)箱的冰壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行巴西圓盤劈裂試驗(yàn)，得到黃河冰的抗拉強(qiáng)度和斷裂韌度等力學(xué)性質(zhì)。
　　

4、選取不同的溫度和保證脆性的應(yīng)變速率作為條件進(jìn)行巴西圓盤劈裂試驗(yàn)，重點(diǎn)對(duì)溫度、試樣尺寸、應(yīng)變速率等因素對(duì)黃河冰抗拉強(qiáng)度和斷裂韌度的影響進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明:黃河冰的抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)出了明顯的應(yīng)變速率敏感性。冰的抗拉強(qiáng)度與溫度也有著密切的關(guān)系，在相同的應(yīng)變速率下，冰的抗拉強(qiáng)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(duì)抗拉強(qiáng)度的影響，隨著試樣直徑增大，冰的抗拉強(qiáng)度減小。斷裂韌度與應(yīng)變速率也有明顯的相關(guān)性，應(yīng)變速率低于9×10-4 s-