DUT-1非冻结合成模型冰的弯曲强度

简介了DUT-1非并结合成模型冰的功能，给出DUT－1模型冰的弯曲强度的测试装置和设备，讨论该模型冰在不同加载速度下的破坏方式和发生峰值弯曲强度的条件，通过悬臂梁上弯和下湾实验结果，说明DUT－1模型冰的各向同性，检验了浸水模型冰性能的稳定性和模型冰湿密度对峰值弯曲强度的效应。     

环渤海海冰弯曲强度的试验测试及特性分析

在渤海冰区油气开发中,海冰物理力学性质对海洋结构设计、海冰动力学过程均有重要影响.目前,随着渤海冰区锥体海洋平台的增加,对海冰弯曲强度的研究具有重要意义.对环渤海沿岸9个测点的海冰弯曲强度进行了现场和室内测试,同时对影响海冰弯曲强度的海冰盐度、温度进行了测试;分析了莱州湾、辽东湾西岸和辽东湾东岸等不同测点海冰弯曲强度的...     

半圆型结构冰压力的物理模拟试验研究

利用DUT-1非冻结合成模型冰开展1:25冰对半圆型构件的物理模拟试验研究. 首先用简单的斜面构件的物理模拟试验检验了整体试验装置和技术设备的可靠性, 然后以同样比尺进行2种冰厚在5个不同水位条件的系列试验, 获得了模型冰排在半圆型构件前的破碎堆积现象和作用于构件上的水平和垂直作用力过程.结合实测模型冰物理和力学指标, 通过优化组合, 拟合出半圆型防波堤冰荷载的试验公式. 这些公式包含了冰对半圆型结构的弯曲破坏作用力、挤压破坏作用力及爬坡和堆积作用力.     

非冻结合成模型冰物理模拟冰作用力的试验技术

基于渤海海冰的物理和力学特性、海冰物理模型试验的相似理论以及国际上已有模型冰的经验, 研制了一种用于模拟我国渤海海冰的非冻结可破碎功能材料, 被命名为DUT-1模型冰.该模型冰采用聚丙烯粉、塑料微珠、水泥等材料加入一定量的水由特制的搅拌机搅拌均匀倒入模具后成型制成.通过实验室常温波流水槽中进行的冰排对直桩、锥体及斜面墙结构作用的物模实验的现象观察、结果综合分析、相关理论及经验公式计算结果比较, 验证了DUT-1模型冰试验技术的可靠性.在此基础上, 进行了冰排对半圆型防波堤结构的作用、冰排与锥体结构动力相互作用的物理模型试验研究, 展现了DUT-1模型冰的应用前景.     

热处理后花岗岩纳米压痕试验研究

随着温度的升高,花岗岩宏观力学参数往往经历略升高、小幅降低、大幅降低几个阶段。利用纳米压痕测试仪器,对热处理后的花岗岩中主要矿物成分进行纳米压痕试验,揭示花岗岩宏观力学参数随温度演化的微观机理,（1）温度在 300 ℃以内微观结构没有显著变化,基本上没有微裂纹产生,在300～500 ℃之间时岩体内部开始产生微裂隙,温度超过500 ℃时岩体内部产生大量微裂隙,并逐渐扩展增大;（2）石英在300 ℃以内弹性模量和硬度略有增加,超过300 ℃弹性模量和硬度开始下降。超过500 ℃晶体结构发生 相到 相转变,弹性模量和硬度急剧下降,长石在400～500 ℃之间时,弹性模量和硬度开始下降,超过800 ℃弹性模量和硬度急剧下降,云母在800 ℃以内弹性模量和硬度有所增加;超过800℃时弹性模量和硬度开始下降;（3）花岗岩宏观力学性能与主要矿物成分的力学性能和微观结构均相关,室温～300 ℃范围内主要受到前者控制,300～500 ℃范围内时受到两者联合控制,超过500 ℃后主要受到后者控制。研究结果可为研究花岗岩和其他岩石的温度效应提供实验数据和理论支持。     

天然淡水冰断裂韧度的试验研究

为满足按照断裂力学方法进行静冰压力分析的需要,对淡水冰的断裂韧度进行了系统的试验研究.三点弯曲试件采用天然原型冰制作,试验温度为-2℃和-8℃,应变率为6.25×10-5s-1、6.25×10-6s-1和6.25×10-7s-1,在已公开发表的文献中这是很少涉及的试验参数条件.结果显示:S1型柱状晶粒冰的断裂韧度随着应变率的降低和温度的升高而增加,KIC=86.2～226.0kPa·m1/2,比通常在较低温度和较高速率条件下的测量值有显著的提高.     

非饱和冻土的强度分析

冻土的强度是由土颗粒与冰的结合强度所决定,冰含量(或初始含水量)和干容重是非饱和冻土强度的主要影响因素.干容重越大,土骨架能够承受荷载的有效面积越大,冻土的强度也越大.同样干容重下的非饱和冻土,冰含量越多,冰与土颗粒的结合面积越大,承受的荷载能力增强,冻土的强度越大.为此,提出冰饱和度的概念,建立了非饱和冻土强度与饱和冻土强度关系,它涵盖了干容重和冰含量的影响作用,揭示了非饱和冻土强度的机理.通过试验验证,该关系式与试验结果具良好吻合.     

青藏高原纳木错流域扎当冰川度日因子特征及其应用

根据青藏高原念青唐古拉峰北坡纳木错流域扎当冰川2007和2008年消融期的物质平衡和气象观测资料,计算了冰川冰和雪的度日因子值,分析了冰川度日因子的时空变化及影响因素.结果表明:扎当冰川雪的度日因子值为5.3mm·d-1·℃-1;不同海拔冰的度日因子在4.0～14.0mm·d-1·℃-1之间,平均为9.2mm·d-1·℃-1.扎当冰川冰的度日因子值随着海拔的升高有所下降,但季节变化规律不明显.利用度日模型对扎当冰川物质平衡进行了模拟,得到2006/2007年度和2007/2008年度该冰川的物质平衡值分别为-534mmw.e.和247mmw.e.,其中2007/2008年度的模拟值接近观测值.     

唐古拉山冬克玛底冰川雪冰度日因子研究

度日模型通过正积温将冰雪消融和气温有效的联系到一起,模型中的关键参数是度日因子,即为正积温对应时段内的消融量.根据唐古拉山冬克玛底冰川2008年的实测资料,计算得到夏季消融期内冰川上的度日因子,并分析其空间变化规律.雪度日因子平均值为8.5mm.℃-1.d-1,大冬克玛底冰川雪冰混融度日因子和冰度日因子从海拔5330～5520m分别为4.5～9.6mm.℃-1.d-1和8.7～11.6mm.℃-1.d-1;小冬克玛底雪冰混融度日因子和冰度日因子从海拔5460～5710m分别为4.4～14.6mm.℃-1.d-1和9.9～16.1mm.℃-1.d-1.度日因子随海拔升高而递增,可能是随海拔增加,温度降低而太阳辐射增强所致.局地气候,地形等其它因素也使得度日因子在空间上的分布存在差异.     

南极纳拉海峡固定冰生长、结构、盐度和氧同位素组成

采用第19次中国南极科考采集的冰芯样品、数据,基于海冰的"冻结日"记录,使用海冰一维热力学模型来计算纳拉海峡固定冰的生长厚度.考虑气象条件以及冰情观测结果,将该模型的计算海冰厚度和实测厚度进行比较发现,在纳拉海峡存在着多年生长的海冰.对采集于南极洲中山站附近纳拉海峡的固定冰冰芯样品进行结构、盐度和稳定氧同位素(δ18O)分析,获取了海冰的结构和盐度剖面特征、冰芯雪冰、附加冰的含量、雪冰中的雪以及全部冰芯中雪所占的百分比.结果表明:样品冰芯具有典型的海冰特征结构,如柱状冰水平方向的C轴以及上部粒状冰层和下部柱状冰层结构特征,部分柱状冰中间存在着粒状冰夹层;盐度和δ18O剖面也显示了多年冰生长的证据.海冰的结构和氧同位素特征表明,纳拉海峡固定冰的生长主要受热力学过程控制,其结果和2000年1月至2003年2月人工冰情观测结果一致,观测中没有发现冰脊、叠置等动力过程.附加冰在冰芯中所占的比例平均为5.01%.使用不同的同位素标准来区分雪冰层,估计研究区域平均有多达16.4%～37.9%的雪冰,海冰粒状层中雪的部分约占全部冰厚度的0.8%～23.5%.     

陇西黄土三轴剪切过程微观变化研究

为了解黄土三轴剪切过程中的微观变化,采用PFC3D建立黄土三轴试验模型,模拟围压分别为0、50、150、300 kPa的三轴剪切试验,并与室内试验进行对比分析。分析结果表明：PFC3D能够较好地模拟出不同围压下从开始到破坏到残余变形整个过程中应力-应变的变化规律,且位移场及接触应力场的变化规律与室内三轴试验宏观现象较一致;发现弹性模量、泊松比及峰值强度与数值模型中微观参数有着密切的联系,如法向刚度kn控制试样宏观弹性模量,kn /ks值控制泊松比,摩擦系数控制峰值强度;通过体应变-轴向应变曲线发现,随着围压的增加应变能增大,试样呈现出由体积膨胀到体积减缩的变化规律。其研究结果为进一步探究黄土的应力-应变性状及抗剪强度特性提供参考。     

高含盐粉土的力学特性试验研究

高含盐粉土不仅含盐量较高,而且黏粒含量极低,粉粒含量高,级配不均匀,导致难以压实,强度低。为了了解此类特殊粉土的力学特性,在室内物理化学性质分析的基础上,进行原位旁压试验和原状土样的三轴试验,充分分析了高含盐粉土的力学性质。高含盐粉土的可溶性盐含量高达2.9%,主要是高硅、铝,水溶盐以Cl－和Na+为主,属氯盐碱性土。旁压试验结果表明,临塑压力可取350 kPa、极限压力可取500 kPa、旁压模量Em可取1 750 kPa、剪切模量Gm可以700 kPa作为参考值。室内力学试验进一步分析表明,该土体具有较强的剪胀性,在轴向应变达到12%左右时,试样达到稳态状态。围压150 kPa下的峰值强度能达到600～800 kPa,残余强度也能达到450～550 kPa。     

应变率与含水率对冻土单轴压缩特性影响研究

通过对泥浆制样法制备的冻结粉质砂土的单轴压缩试验,系统地研究了冻结砂土在一个宽泛应变率以及含水率范围内的单轴压缩破坏应变特性和线弹模量特性。结果表明：随着应变率的增加,当含水率为12.0%,破坏应变逐渐增大;当含水率在16.7%～24.0%范围内时,破坏应变先增大后减小;当含水率大于等于30.6%时,破坏应变逐渐减小,3种情况下破坏应变最终都逐渐趋于稳定。破坏应变随含水率增加而先急剧增大到一个最大值,然后急剧减小,当含水率超过41.5%时,基本趋于冰的破坏应变。线弹模量先随着应变率的增大而非线性增大到一个最大值,然后应变率的继续增大使线弹模量逐渐减小,线弹模量与应变率的关系满足二次抛物函数规律。在温度为 2.0 ℃,应变率小于4.67×10-3 s-1的条件下,线弹模量随着含水率的增大而非线性增大,直至最后趋于冰的线弹模量;而在大于等于该应变率的条件下,随着含水率的增大,线弹模量先增大到一个最大值,然后减小趋于冰的线弹模量。当温度为 5.0 ℃时,类似的应变率临界值为1.00×10-2 s-1。     

An anisotropic elastic‐decohesive constitutive relation for sea ice

Thermodynamic growth or melt and mechanical redistribution due to lead opening or ridge formation shape the thickness distribution of the Arctic ice cover and impact the overall strength of pack ice. Specifically, the deformation and strength of ice are not isotropic but vary with the thickness and lead orientation. To reflect these facts, we develop an anisotropic, elastic‐decohesive constitutive model for sea ice together with a model to describe an oriented, ice thickness distribution. The tight connection between the mechanical response and the thickness distribution is an improvement over a previous model that only depended on the average ice thickness. The model describes mechanical responses anisotropically in both the elastic and failure regimes. In the elastic regime, the constitutive relation implicitly reflects strong and weak directions of the pack ice depending on the distribution of thin ice (including open water) and thicker ice (e.g., multi‐year ice or ridges). In the failure regime, the model predicts both failure initiation and the lead orientation. Evolution from initial failure to complete failure when traction‐free crack surfaces are formed is also modeled. Crack or lead width is determined during the evolution. Various examples of failure surfaces are presented to describe the behavior of modeled ice when the thickness distribution varies. The model predictions are also illustrated and compared with previous modeling efforts by examining regions of ice under idealized loading. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Normal faulting on Europa: implications for ice shell properties

We identify two likely normal faults on Europa, of lengths ≈30 and 11 km. A simple flexural model of fault-related topography gives effective elastic thicknesses of 1.2 and 0.15 km, respectively, and the resulting inferred fault strength is of order 1 MPa. The maximum fault displacement: length ratio for each fault is ≈0.02, comparable with values on silicate planets. We combine this observation with a modified linear elastic fracture mechanics model to conclude that the shear modulus of the Europan surface must be significantly less than that for unfractured ice. The low value of the modulus is probably due to near-surface fracturing or porosity, which will affect the material's radar properties and seismic velocities. For a likely reduction in shear modulus of an order of magnitude, the driving stresses inferred are about 6–8 MPa, much higher than present-day diurnal tidal stresses. However, stresses approaching these values can be generated by non-synchronous rotation or polar wander, while stresses exceeding these values arise during ice shell freezing. If the entire larger fault breaks, it will generate an event of seismic magnitude M_s≈5.3.     

新型低弹模混凝土性能研究

聚丙烯纤维低弹模混凝土以其优良的工作性能和力学性能成为近年来我国水利工程大坝防渗墙采用的主要材料之一.在室内试验的基础上,对聚丙烯低弹模混凝土的强度、塌落度特性进行了研究;开发了一套混凝土耐久性渗透水采集仪,对聚丙烯低弹模混凝土的渗透性和耐久性进行了研究,试验结果表明：与传统低弹模混凝土相比,聚丙烯低弹模混凝土的抗压、弹模变化不大,抗拉强度有提高,抗渗性能明显改善,渗透系数降低了一个数量级左右,耐久性年限可以进一步提高,研究结果为聚丙烯低弹模混凝土大坝防渗墙的工程应用提供了技术支撑.     

EPS颗粒混合轻量土无侧限抗压强度特性试验研究

为研究EPS颗粒混合轻量土的密度、强度和变形特性,对不同水泥掺量、EPS颗粒掺量、含水率和龄期的轻量土进行密度无侧限抗压强度试验。试验配置轻量土无侧限抗压强度范围为103.2~1359.0 kPa,且随水泥掺量的增大呈指数关系增大的趋势,随EPS颗粒体积比的增大而呈线性关系减小的趋势。在大于最优含水率情况下,含水率越高,无侧限抗压强度越低,两者为指数关系,而龄期的增长能够使得轻量土的无侧限抗压强度呈双曲线增大的趋势。EPS颗粒混合轻量土的应力-应变关系曲线主要表现为应变软化型,含水率和EPS颗粒体积比的增大会使得轻量土的应力-应变关系曲线逐渐向硬化型转化。水泥掺量和龄期的增大能够增强轻量土的脆性特征,增大刚度。而含水率和EPS颗粒体积比的增大则使得轻量土的延性特征增强,刚度减小。研究成果对实际工程应用具有参考价值。     

Estimates of effective stress beneath a modern West Antarctic ice stream from till preconsolidation and void ratio

Preconsolidation stress recorded in subglacial sediments provides important information about subglacial effective stresses. It is commonly used to reconstruct past effective stresses from sediments left after ice retreat. In this article, we use properties of sub‐ice‐stream till samples to estimate effective stresses beneath a modern West Antarctic ice stream. Two previous estimates of sub‐ice‐stream effective stress were derived for the Upstream B (UpB) area of Ice Stream B from shear wave velocities (50 ± 40 kPa, Blankenship et al 1987) and borehole water level measurements (63 ± 24 kPa, Engelhardt & Kamb 1997). However, geotechnical tests performed on samples of the UpB till have shown that if subjected to effective stress of 50–63 kPa this till would have significantly lower porosity (?0.32–0.35) and higher strength (?‐22–28 kPa) than it apparently has in situ (?0.4 and ?2kPa). We derive new estimates of sub‐ice‐stream effective stress using: (1) Casagrande's construction applied to the results of six confined uniaxial tests, and (2) a combination of void‐ratio data for 51 till samples and 3 experimentally constrained equations describing compressibility of the UpB till under normal consolidation, overconsolidation and in the critical state. Casagrande's method yields an upper bound on effective stress of 25 kPa for four till samples and values of 13, and 4.4kPa for two other samples. The void‐ratio approach gives 11.7 ± 2.6 (normal consolidation), 18.3 ± 4.4 (overconsolidation) and 2.0 ± 0.8 kPa (critical state). These new, lower estimates of effective stress are consistent with the low till strength that has been independently measured and inferred from recent theoretical ice‐stream models. Our interpretation of data on till void ratio in terms of sub‐ice‐stream effective stress means that we can qualitatively evaluate the nature of the vertical distribution of this stress in the UpB till layer. We infer that in the sampled top 3 m of till the effective‐stress distribution is non‐hydrostatic, probably close to lithostatic. The results may be useful in future modeling of ice‐stream behavior and may aid efforts to delineate paleo‐ice streams based on their geologic record.     

基于动三轴试验的大光包滑坡层间错动带动力特性研究

大光包滑坡是2008年汶川地震触发的最大规模滑坡, 平硐揭示该滑坡滑带形成于糜棱质化、泥化的层间错动带, 且地下水从该错动带渗出。为分析强震过程饱水错动带材料动力特性, 本文作者在平硐内取不同层位错动带材料C₁(粉粒为主)、C₂(粉黏粒为主)和C₃(砂粒为主), 室内进行了系列动三轴试验, 得出如下结论:(1)在设计动荷载(40 kPa、60 kPa和80 kPa)下, C₁、C₂孔压增长缓慢, 没有液化; 而C₃孔压增长迅速, 5%应变时动孔压增长到围压值, 试样液化。(2)试样动剪应力值与振动次数关系较大; 随着振次增加C₃动剪应力值明显减小, 而C₁、C₂动剪应力小幅度减小; (3)在相同动应变下, C₃动应力和动弹性模量最大, 动阻尼比最小; 而C₂动应力和弹性模量最小, 动阻尼比最大。结果表明, 大光包层间错动带在地震中可能发生液化, 从而导致错动带抗剪强度骤然降低, 滑坡快速启动。