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黄河冰单轴压缩强度的试验与影响因素探究

水利水电技术 2016年第9期47卷 90-94页

作者：王庆凯张宝森邓宇李志军大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 黄河水利科学研究院河南郑州450000

为进行黄河冰单轴压缩强度的试验,在黄河头道拐水文站附近取冰坯,加工成单轴压缩试验冰样,在实验室测试了其单轴压缩强度。试验温度分别为-3℃、-5℃、-7℃、-10℃、-15℃,应变速率范围10-7s^(-1)~10-2s^(-1)。试样按加载方向分为垂直... 详细信息

为进行黄河冰单轴压缩强度的试验,在黄河头道拐水文站附近取冰坯,加工成单轴压缩试验冰样,在实验室测试了其单轴压缩强度。试验温度分别为-3℃、-5℃、-7℃、-10℃、-15℃,应变速率范围10-7s^(-1)~10-2s^(-1)。试样按加载方向分为垂直冰面方向和平行冰面方向,分别测试75个和212个。试验得到250组有效数据,分析结果验证了单轴压缩强度的应变速率效应,建立了单轴压缩强度随应变速率变化的拟合公式;给出不同力学行为下的单轴压缩强度与温度和应变速率的统计关系,进而得到了宽应变速率范围下单轴压缩强度随温度变化的统计关系曲面。此外,试验还推断出河流流向与黄河冰单轴压缩强度之间不存在相关关系,垂直冰面方向加载试样的峰值强度比平行冰面方向加载试样的峰值强度高。

关键词：黄河冰单轴压缩强度温度应变速率

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黄河冰断裂韧度的巴西试验研究

人民黄河 2017年第4期39卷 43-47页

作者：肖赞张宝森邓宇张红彪李志军大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 黄河水利科学研究院河南郑州450003

断裂韧度在冰的破坏过程中是一个重要的参数,使用测定岩石力学性质的巴西试验方法测定黄河冰的断裂韧度,通过对有效的载荷—位移破坏过程曲线进行分析,结果表明黄河冰的断裂韧度受应变速率和温度的综合影响:随着应变速率的减小而增大,... 详细信息

断裂韧度在冰的破坏过程中是一个重要的参数,使用测定岩石力学性质的巴西试验方法测定黄河冰的断裂韧度,通过对有效的载荷—位移破坏过程曲线进行分析,结果表明黄河冰的断裂韧度受应变速率和温度的综合影响:随着应变速率的减小而增大,而随着温度的降低有所减小。黄河冰的断裂韧度与试验选取的试样尺寸关系不大,但试样尺寸的大小会影响试验的成功率。该试验成功率约为70%,可以认为巴西试验具有可行性。

关键词：黄河冰巴西试验断裂韧度温度应变速率

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黄河冰抗拉强度及断裂韧度的劈裂试验研究

黄河冰抗拉强度及断裂韧度的劈裂试验研究

作者：张红彪大连理工大学

学位级别：硕士

在寒冷区域的结构物设计中,需要着重考虑冰荷载的影响,冰荷载的计算需要冰的单轴压缩强度、断裂韧度和抗拉强度等参数作为支持。但是冰对水文、气象等地理环境条件非常敏感,所以由于地理环境因素的不同,冰的物理和力学性质有很大差异。... 详细信息

在寒冷区域的结构物设计中,需要着重考虑冰荷载的影响,冰荷载的计算需要冰的单轴压缩强度、断裂韧度和抗拉强度等参数作为支持。但是冰对水文、气象等地理环境条件非常敏感,所以由于地理环境因素的不同,冰的物理和力学性质有很大差异。所以非常有必要继续对河冰的物理力学性质进行详细的研究,对冰工程领域的理论体系进行补充。在对黄河冰进行力学试验研究之前,首先于2014年1月至3月在黄河宁蒙段头道拐水文站进行了现场观测,研究黄河河冰的冻结过程和冰的构成,为力学试验的试样选取提供理论依据。现场观测发现在头道拐水文站所处的黄河弯道处,流凌和冰花由于离心力的作用,大量堆积在弯道外侧;随着冰盖的冻结弯道外侧逐渐被冰凌和冰花塞满,主河道逐渐向弯道内侧移动。随后形成了弯道外侧为粒状冰,弯道内侧为柱状冰的冰盖。随后还对黄河小型清沟的冻结冰盖进行了测量并做等厚线图,表明清沟冰盖呈锅底状,而在水流的作用下,下游处形成涡旋,导致清沟下游处冰厚最小。在黄河弯道内侧切取冰坯,将其制成垂直和水平方向的薄片用于观测冰晶体,最终确定黄河冰的晶体结构类型。采用等效直径法对晶体结构照片计算平均粒径尺寸,同时采用图像分析软件分析冰内气泡分布情况、泥沙含量和密度等黄河冰的基本物理性质。随后切取柱状冰加工力学试验试样,通过航空运输运往大连理工大学的低温实验室。在低温实验室内采用冰试样切割仪器加工成巴西圆盘劈裂试样,随后使用配备高精度低温恒温实验箱的冰压力试验机进行巴西圆盘劈裂试验,得到黄河冰的抗拉强度和断裂韧度等力学性质。选取不同的温度和保证脆性的应变速率作为条件进行巴西圆盘劈裂试验,重点对温度、试样尺寸、应变速率等因素对黄河冰抗拉强度和断裂韧度的影响进行了分析。试验结果表明：黄河冰的抗拉强度表现出了明显的应变速率敏感性。冰的抗拉强度与温度也有着密切的关系,在相同的应变速率下,冰的抗拉强度值随着冰温的降低而增大。本文还探讨了试样尺寸变化对抗拉强度的影响,随着试样直径增大,冰的抗拉强度减小。断裂韧度与应变速率也有明显的相关性,应变速率低于9×10-4 s-1时,断裂韧度恒定不变,应变速率高于9×10-4 s-1时,断裂韧度随着应变速率增大而减小。断裂韧度的峰值随着温度的降低而增大,而试样尺寸对断裂韧度几乎没有影响。

关键词：黄河冰劈裂试验抗拉强度断裂韧度应变速率温度

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封冻期内黄河冰断裂性能试验研究

封冻期内黄河冰断裂性能试验研究

作者：黄樾郑州大学

学位级别：硕士

黄河内蒙古河段的开河问题是我国凌汛灾害防治工作的重点。冰的各项力学性能是冰灾害防治的基础。作为一种非均质多晶体材料,黄河冰的断裂性能受到自身结构和外在环境等多种因素的影响。鉴于此,本文对黄河内蒙古河段封冻期河冰的微观结... 详细信息

黄河内蒙古河段的开河问题是我国凌汛灾害防治工作的重点。冰的各项力学性能是冰灾害防治的基础。作为一种非均质多晶体材料,黄河冰的断裂性能受到自身结构和外在环境等多种因素的影响。鉴于此,本文对黄河内蒙古河段封冻期河冰的微观结构和断裂性能开展了试验研究,定量分析了黄河冰晶粒的分布规律,研究了黄河冰断裂过程及断裂性能,确定了黄河冰断裂韧度的双因素拟合曲面,为开河预测及冰力计算提供数据基础,主要研究内容及成果如下:(1)黄河冰微观结构定量分析。以黄河内蒙河段采集的冰坯为研究对象,通过数字图像处理的方法提取并量化了黄河冰晶粒的结构特征,分析了黄河冰晶粒的尺寸分布规律,并对黄河冰密度和含泥量的分布特征进行了研究。结果表明:黄河冰晶粒的等效直径在0.05～46.40mm之间,并且随着深度的增加,晶粒等效直径平均值从3.51mm升高到11.52mm;黄河冰密度随深度的增加而降低,含泥量在表层达到1.8×10g/cm,在下层始终小于0.4×10g/cm。(2)黄河冰断裂性能确定。采用三点弯曲梁试验,结合数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术,研究了黄河冰断裂性能,探究了黄河冰的断裂形态,分析了温度、速率、晶体结构对黄河冰断裂韧度的影响。结果表明:黄河冰试样断裂过程中的张开位移明显大于滑开位移,破坏形式以Ⅰ型断裂为主;在本次试验的温度和速率范围内,断裂韧度随着温度和加载速率的升高而降低,并且在相同的温度和速率条件下,柱状冰试验的断裂韧度为粒状冰试样的1.25～1.46倍。(3)确定了黄河冰断裂韧度的双因素拟合曲面。分析了黄河冰与湖冰、人工淡水冰的结构差异,明确了黄河冰断裂韧度与其他淡水冰断裂韧度之间的定量关系,进而确定了黄河冰断裂韧度与温度以及断裂韧度与加载速率的拟合曲线,并结合两者确定了黄河冰断裂韧度的双因素拟合曲面,通过该拟合曲面可以计算黄河冰的实时断裂韧度,为黄河凌汛灾害防控提供数据基础。

关键词：黄河冰晶体结构断裂性能速率温度

冰上石笼自然沉排的冰热力学和力学理论及应用

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水利学报 2022年第4期53卷 445-455页

作者：李春江李志军杨宇王庆凯张宝森邓宇大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 沈阳工程学院基础教学部辽宁沈阳110136 黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450003 水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心河南郑州450003

为了有效实施冰上石笼的自然沉排,2020—2021年冬季在黄河什四份子弯道开展了现场试验。综合该冬季气象资料、石笼沉排周边冰面变形观测资料、实测冰厚资料以及以往冰力学成果,得到黄河什四份子石笼自然沉排试验期间的冰-水界面热通量9.... 详细信息

为了有效实施冰上石笼的自然沉排,2020—2021年冬季在黄河什四份子弯道开展了现场试验。综合该冬季气象资料、石笼沉排周边冰面变形观测资料、实测冰厚资料以及以往冰力学成果,得到黄河什四份子石笼自然沉排试验期间的冰-水界面热通量9.06 W/m2和冰层长期载荷下承载力衰减系数0.08,构建包含冰厚、冰温和衰减时间的冰层承载力表达式。在此基础上,按照黄河冰上石笼自然沉排施工时间120 h计算,给出黄河宁蒙段无缺陷冰层和有缺陷冰层实施冰上石笼自然沉排的冰厚、气温组合安全分界条件,并建议含有气泡、泥沙和细小裂缝的小缺陷冰层,施工安全冰厚增加10%;当冰内裂缝深度超过冰厚50%或裂缝内有水流的大缺陷冰层,施工安全冰厚增加40%。

关键词：黄河冰冰热力学冰力学承载力石笼自然沉排

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北中寒

学苑教育 2022年第10期 F0002-F0002页

作者： (唐)李贺不详

一方黑照三方紫,黄河冰合鱼龙死。三尺木皮断文理,百石强车上河水。霜花草上大如钱,挥刀不入迷濛天。争瀯海水飞凌喧,山瀑无声玉虹悬。赏析:《北中寒》是唐朝诗人李贺创作的一首诗。全诗通过对北国冬日的景致描写,道出酷寒难耐的感受,... 详细信息

一方黑照三方紫,黄河冰合鱼龙死。三尺木皮断文理,百石强车上河水。霜花草上大如钱,挥刀不入迷濛天。争瀯海水飞凌喧,山瀑无声玉虹悬。赏析:《北中寒》是唐朝诗人李贺创作的一首诗。全诗通过对北国冬日的景致描写,道出酷寒难耐的感受,诗人通过提取与水受冷凝结相关的寻常事物,通过浅显易懂的语言把读者引领进一个晦暗寒冷的冰世界。

关键词：浅显易懂百石黄河冰