【摘 要】
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在寒区建筑物的设计里,不仅要考虑到冰利用的情况,也要进行冰灾害的预防,这些均须考虑到冰体的力学性质参数。在上一个世纪就已经开始了对于冰体力学性质的研究,试样方式有着不同程度的差异。在南北极寒区和靠近极地圈的部分国家的水利工程、航空基建快速发展的当下,对于冰力学性质的研究深度需求不断的增加,本研究利用岩石领域普遍采用的巴西劈裂试验方法来研究冰体力学性质并探究其可靠性,并推广到极地冰区的科学研究当中。
【基金项目】
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国家重点研发计划专项（2019YFE0197600）； 国家自然科学基金项目（51979024,41906198）；
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在寒区建筑物的设计里,不仅要考虑到冰利用的情况,也要进行冰灾害的预防,这些均须考虑到冰体的力学性质参数。在上一个世纪就已经开始了对于冰体力学性质的研究,试样方式有着不同程度的差异。在南北极寒区和靠近极地圈的部分国家的水利工程、航空基建快速发展的当下,对于冰力学性质的研究深度需求不断的增加,本研究利用岩石领域普遍采用的巴西劈裂试验方法来研究冰体力学性质并探究其可靠性,并推广到极地冰区的科学研究当中。在辽宁省沈阳石佛寺水库和南极普利兹湾切取冰坯,把冰坯加工为垂直方向和水平方向的切片用来观测冰晶体,以此来确定沈阳石佛寺水库冰的晶体结构。利用等效直径法来计算晶体照片中的冰晶体平均粒径大小。将冰坯加工成巴西劈裂加载试样,然后使用电子试验机对试样进行加载,得出沈阳石佛寺水库冰和南极海冰的冰体力学参数,抗拉强度与断裂韧度。在保证沈阳石佛寺水库冰和南极海冰的破坏模式均为脆性破坏的前提下,着重分析了试验温度、应变速率、加载方向、盐度等对于南极冰与辽河冰的抗拉强度和断裂韧度影响关系。试验结论:沈阳石佛寺水库冰和南极海冰的抗拉强度和断裂韧度均随着应变速率的增加而减小;加载方向为竖直方向的南极冰与辽河冰的抗拉强度和断裂韧度均高于加载方向为水平方向的南极冰与辽河冰;南极海冰的抗拉强度和断裂韧度随着温度的升高而增强;沈阳石佛寺水库冰的抗拉强度和断裂韧度随着温度的降低而增强;沈阳石佛寺水库冰的抗拉强度和断裂韧度均大于南极海冰;试验成功率最高的试验温度为-16℃;每一组试验得到有效数据的概率均超过70%,证明了巴西劈裂试验的可行性;并且与传统试验方法所得出的试验结果进行对比,均处于一个量级,说明了巴西劈裂试验的可靠性;用南极海冰进行巴西劈裂试验确定了巴西劈裂法在极地寒区的可应用性。
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