冰力模型实验

本文首先简述了冰力模型实验的概况,然后介绍了在国内第一座冰池实验中进行的首次冰力模型实验——渤海辽东湾抗冰平台冰力模型实验的设备、模型冰制取技术和实验结果。实验中,冰排的破坏符合一般规律,它预示了现场冰的破坏现象;冰力值稍低于计算值,但更合理,可供设计参考;冰力谱中存在着明显的主频率,它集中于0.8HZ左右。     

冰力模型实验中的模型律

模型律在冰力模型试验中占有重要地位, 是保证模型试验精确性的关键因素之一.对普遍应用于冰力模型试验的模型律进行了总结, 其中包括弗汝德相似准则、雷诺相似准则、柯西相似准则和Atkins相似准则, 并对这些相似准则在冰力模型试验中的应用进行了比较与评价.     

DUT-1合成模型冰的弯曲强度和弹性模量实验分析

依据渤海海冰物理和力学特征值和国内水池实验室能力,以1:10～1:30比尺要求,发展了DUT-1合成模型冰.文中简介该模型冰的理想参数、成分和制备过程.就其弯曲强度和弹性模量进行系统的实验分析.通过500多次弯曲实验,获得该模型冰在不同加载速度下的破坏方式,各向同性证据和弯曲强度为35～65kPa和弹性模量平均53MPa的结果.并且得到弯曲强度和弹性模量在实测湿密度范围内呈递增关系,浸水模型冰性能稳定时间超过4h,弹性模量与弯曲强度之比82%超过2000.     

冰与锥体作用破碎周期及破碎长度分析

在渤海加锥石油平台的现场测量中, 发现了明显的冰激锥体结构振动现象.基于现场实验测量数据, 对冰破碎周期进行了统计分析, 结果表明: 破碎周期的分布为对数正态或者正态分布.假定冰的一次破碎过程对应一次冰力变化, 则冰力周期与破碎周期具有相同的分布.结合同步测量的冰速、冰厚资料, 分析了冰厚、冰速与冰板破碎长度之间的关系.研究表明, 冰的破碎长度约是冰厚的7倍, 冰速对破碎长度没有明显影响.     

细粒酒精模型冰单轴压缩强度特征试验研究

介绍细粒酒精模型冰的单轴压缩强度试验研究的方法和结果．试验采用两种试样,即长方形和哑铃形．对长方形试样发生不同破坏模式发生的条件,即试样尺寸、加载速度和压头与试样接触面摩擦等效应进行了详细讨论．描述了细粒酒精模型冰单轴压缩强度的基本特征,并比较了两种试样的试验结果．     

山地冰川流动模型探讨

近30 a来冰川动力学模型有了快速发展, 在南极、 格林兰冰盖预测中取得一系列重要成果, 对山地冰川的研究也初见端倪. 从冰川流动的力学过程出发, 利用本构方程、 理想冰川假设、 浅冰层近似(Shallow ice approximation)假设完整地推导了理想冰川流动的物理过程, 揭示了冰川流动的机理, 建立了气候变化和冰川自身重力引起的理想冰川物质和能量再分配的温度耦合三维流动模型. 结合山地冰川的冰床形态, 将理想冰川与实际冰川相结合, 使理想冰川流动模型更好地近似山地冰川的流动.     

冰川水文模型研究进展

定量评估冰川变化对干旱区流域/区域水资源管理、海平面上升以及冰川自然灾害预防等十分重要。从冰川产流(消融)和汇流两个水文物理过程出发,介绍了国内外冰川水文模型的研究进展,对目前应用最广的两类消融模型——基于气象因子的统计模型和基于物理机制的能量平衡模型进行了分析和讨论;从冰川表面、内部以及下部汇流3个方面阐述了冰川汇流模型所取得的成果。表明冰川产流(消融)模型已相对较为成熟,而冰川汇流过程目前仍处于探索阶段。构建适合不同规模和类型冰川的、包含冰川运动信息的分布式冰川水文物理模型是今后的研究重点。     

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。     

考虑多晶冰软化特性的弹塑性损伤本构模型开发及应用

随着全球气候逐渐变暖,冰川、大型冰盖或较厚的冰层发生大规模滑动、崩塌灾害的可能性和危险性不断增加,研究多晶冰的变形特性并建立其本构模型对极地灾害预报具有重要的意义。基于已有的人造多晶冰常规三轴压缩试验数据,发现人造多晶冰具有明显的应变软化特征,构建以等效塑性应变为变量的损伤变量,以摩尔-库仑准则为初始屈服函数,采用相适应流动法则,建立了能够反映多晶冰应变软化特征的弹塑性损伤本构模型。利用不同围压、不同温度条件下的常规三轴压缩试验数据对提出的本构模型进行了验证,并对部分模型参数进行了参数敏感性分析。将建立的弹塑性损伤本构模型写入FLAC^3D软件中,利用单个单元的三轴压缩数值模拟对写入的本构模型进行了验证;然后使用写入的弹塑性损伤本构模型对圆柱状试样开展三轴压缩数值模拟,对数值模拟结果进行了详细的分析。研究结果以期为冰川稳定性分析以及冰川多场耦合研究提供理论及数值基础。     

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.     

排水站冰冻破坏原因分析及抗冰冻设计方案研究

在寒冷地区建筑的排水站,由于冰冻而造成的破坏影响了工程的使用性能,甚至会使其完全失去作用.针对具体的排水站工程,分析了冰冻破坏的原因,其中的排架柱为静冰压力和冻融循环联合作用引起的破坏;集水池护坡为冻融反复作用的冻融“疲劳”破坏.根据破坏原因分析与计算结果提出抗冰冻破坏的设计方案,对排架柱采用正锥体结构并设防水层,对护坡采用3种不同结构型式,分别是混凝土砌块护坡、混凝土板护坡和对原护坡的改造方案.经计算,3种方案均可以达到抗冻胀破坏的目的.     

极地冰层回转钻进切削热量测试装置的研制

极地冰盖深部“暖冰”层钻进时,由于冰层的温度较高,接近甚至达到冰的压力熔点,回转钻进时产生的切削热量极易使冰屑融化,导致机械钻速慢、取心率低、卡钻事故频发。钻压、转速、切削具结构等参数均对切削热量有一定的影响,有必要设计一套实验装置对切削热量进行测试,从而为设计切削具结构、优化钻进参数组合提供理论依据。以XY-1型岩心钻机钻进系统为平台,利用无线信号传输原理设计了冰层回转钻进切削热量测试实验台。初步测试结果表明,该实验装置能够准确测量钻压、扭矩、切削温度等参数,可用来进行相关的实验研究。     

青藏高原普若岗日冰原80m深冰层温度变化分析

2000年10月在普若岗日冰原海拔6000m处的80m深冰芯孔中,利用热敏电阻温度计测量了冰层温度.结果显示,所有温度曲线除2m深度以上表层温度已受到低温冷波强烈干扰开始转型外,主要曲线均表现为暖季型.最低冰温度-9.9℃,出现在12m深度处.以12m深度为界,上部冰层温度变幅大,下部冰温随深度增加基本呈直线型升高,温度梯度较上部小.观测期间,4m之上冰温随时间逐渐降低,其降幅随深度增加而逐渐减小.最大日降低幅度在0.m处达0.62℃,1m处为0.3℃,2m处为0.20℃.据冰层温度状况和气候条件,普若岗日冰原应属极大陆型冰川.     

冰层取心回转钻进模拟实验台的设计与测试

极地钻探实践表明,冰盖底部冰岩交界附近地质情况异常复杂,不但可能存在暖冰、基底融水,甚至还存在厚度不等的冰岩夹层,取心钻探异常困难,而优选钻头类型、确定合理的钻进参数是保证其安全、快速钻进的重要因素。本文设计了一套能够模拟冰层回转钻进的实验台,其技术参数为：钻压、转速分别可在0～10 kN、0～300 r/min范围内调节,最大扭矩约100 N·m。该实验台能够测量钻头切削具温度、钻孔深度及钻进速度等参数,为深入研究钻头类型及结构参数、钻进参数对扭矩、钻速和切削温度的影响规律提供了手段。采用PDC复合片钻头进行了冰钻实验,结果表明,实验台能够准确调节钻压和转速,可满足实验要求。     

饱和颗粒正冻土-维刚性冰模型的数值模拟

基于刚性冰模型，应用有限差分法离散方程组，对于饱和颗粒土开放系统的冻结过程进行了一维数值模拟，给出了冻结缘内参数的分布．计算过程中修正了刚性冰模型中分凝冰产生条件，提出以冻结缘内冰压与载荷的关系作为分凝冰产生的判据，计算得到的冻胀量与实验室冻胀实验的测量数据较为吻合．将计算结果与现场实测资料进行了比较，温度场、含水量分布等结果在分布规律方面与现场实测资料相符．     

饱和颗粒正冻土一维刚性冰模型的数值模拟

基于刚性冰模型,应用有限差分法离散方程组,对于饱和颗粒土开放系统的冻结过程进行了一维数值模拟,给出了冻结缘内参数的分布.计算过程中修正了刚性冰模型中分凝冰产生条件,提出以冻结缘内冰压与载荷的关系作为分凝冰产生的判据,计算得到的冻胀量与实验室冻胀实验的测量数据较为吻合.将计算结果与现场实测资料进行了比较,温度场、含水量分布等结果在分布规律方面与现场实测资料相符.