辽河口海冰压缩强度基本特性分析.pdf

第36卷第1期
应用海洋学学报
Vol 36. No. 1
2017年-2月
Journal of Applied Oceanography
Feb.,2017
辽河口海冰压缩强度基本特性分析
于哲敏,张大勇2,王国军,岳前进2,罗成喜3,余报楚
(1.大连海洋大学上木与海洋工科学院,辽宇大连116023
2.大连理工大学海洋科学与技术学院,辽宁盘锦116023;3.中南勘测设计研究院有限公可,湖南长沙410014)
摘要:海冰的压縮强度是海冰最主要的力学特性,针对辽河口附近海堿海冰的压缩强度指标,2014
~2015年冬季于辽河ロ附近采样并进行室内测试.内容包括单轴压缩强度实验、侧限压缩强度实
验、变尺寸压缩强度测试,实验表明辽河口海冰压縮强度受应变速率、卤水体积影响显著.侧限压缩
实验要比单轴压缩实验所得结果略大.不同高宽比的试样在相同应变速率的前提下压缩强度变化
不明显,尺寸影响不显著
关键词:海洋工程;海冰;压缩强度;侧限压缩;尺寸效应;辽河口
DOl:10.3969/J.ISSN.2095-4972.2017.01.015
中图分类号:P75
文献标识码
文章编号:2095-4972(2017)01-0119-06
在寒区的海洋资源开发以及港口建设中,海冰脆转变特性,并利用弹塑性方法通过观测裂纹及翼
是结构物的控制荷载.海冰灾害对港口码头及近海纹长度对韧脆转变的应变速率进行了一般性的预
工程会产生严重的影响.海冰与结构物相互作用发测的.王庆凯等(2014)在2013~2014年冬季对辽
生最多的破坏形式为挤压破坏.同时,由于海冰材料河目的海冰物理力学特性进行了研究,但只对海冰
为脆性材料,主要承受压力,所以,挤压破坏是产生的单轴压缩强度及其相关参数进行了分析,并没有
最大冰荷载的破环形式,在海冰的各项力学性能中,对变尺寸海冰试样的单轴压缩强度、受側向力情沈
海冰的压缩弘度是重要的力学指标.海冰压缩蝨度下的海冰压缩蝨度进行分析
受到海冰温度、盐度、孔隙率、实验加载速率等多种
由于辽河口附近海域有辽河水注入,是辽河的
因素的影响.
入海门.海域海水盐度受到河水的影响较大,冬季所
从上世纪八十年代开始,国内外各学者针对海形成的海冰相对其他近岸海域较为复杂.同时,辽河
冰的压缩强度已经做过大量的研究,得出了许多重1与芦岛一个位于辽东湾东岸,一个位于辽东湾
要的结论. Sinha(1984)就当年冰以及多年冰的实西岸,基本位于同一纬度,并且,在两个地点连线的
验研究表明海冰材料具有应力速率敏感性. Timco中问有多个海上油气平台.在冬季,受不同风向以及
等(19901984)分別在应力率为2x10-3~5×海流的影响两处的近岸海冰容易漂流至海上平台附
10-“s以及1.2×103~2.8×10-“s范围内,采近对平台牛产造成影响.以往对于西岸的海冰研究
用平方关系描述不同应力率下的海冰单轴压缩强较多,东岸辽河∏附近的海冰研究数据较为匮乏、
度,并最早给出了海冰单轴压缩强度的计算公
基于此,本研究在2014~2015年冬季,对辽河
式23,即用应力率的指数形式以及卤水体积的平口附近的海冰的单轴压缩强度及侧限乐缩强度进行
方根关系联合描述海冰的单轴压缩强度.国内学者了实验,単独分析了各项参数对海冰压缩强度的影
李福成等(1986)研究表明随着应变速率的增加,海响.并建立了加载速率、卤水体积与海冰压缩强度的
冰从切性破坏转变为脆性破坏4.岳前进等(2005)多元回归模型,得出了相应的结论,为进一步了解辽
通过海冰的单轴压缩实验证明了海冰具有明显的切河口附近海域的海冰压缩特性提供了参考依据.
收稿日期:2015-12-28
基金项目:国家自然科学基金资助项日(51309046):国家海洋公益行业专项资助项目(201505019):中困也力建设集用有限公司科技专项资
项月(SD2013-11):大连理工大学基本科研业务费专项资助项月[ DUTIS RC(3)047
作者简介:于哲牧(1988~),男,硕十;E-mail:vuzheminchn@126.com
通讯作者:张大期(1978~),リ,削教授,博十;E-mail:zhangdong_200c163.com
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应用海洋学学报
36卷
表2渤海沿岸海冰物理性质
1材料与方法
Tab. 2 Physical properties of sea ice along the coast of Bohai Sea
1.1实验材料
区域
盐度
密度/kg?m
2014~2015年冬季对辽河口附近海域进行海
4.0
0.898
冰调查并进行采样.由于辽河附近海域海水成分
受辽河影响,水文条件复杂,同时在结冰过程中受到
鲅鱼圈
0.964
气候条件影响,冰晶的形成有很大的不规律性,需要
兴城
0.874
选择平整且通透的海冰进行采集.同时,要确保原始
瓦房店
0.929
冰坏有较少的含沙量.由于目前并没有针对海冰实
莱州汭
0
验的统一标准,本研究主要参考1988年国际水利工
长兴岛
0.950)
程师协会( AER)冰工程会议上提出的实验推荐方
法以及国家海洋环境监测中心多年的冬季海冰物理
单榭压缩实验时,试样两端部在加载时设有垫
力学实验方法.
块,加载方式见图1.一方面避兔因试件加工误差导
山于现场采集冰样为大块冰坯,在运输过程中
致的端部摩攥对试样抗压强度的影响,另ー方确
极易在冰坯内部产牛裂纹,对后续实验产牛影响,所
保试样在加工过程中受力的均匀性.本实验选取橡
以在整个运输过程屮都要对原始冰坏进行特殊保护
胶块作为端部垫块,考虑到冰与结构的相互作用方
处理,尽量保证冰样的原始性
式,实验采用垂直冰晶生长方向进行川载.
冰环采样完毕后,运输至实验内首先采用电
动台锯对大块冰环进行粗加工,对于粗加工完毕的
试样,根预先选定的尺寸进行细加工,确保试件的
线性以及各面的平整度.本次选取试样尺寸为70
c3-「
mmx70mm×145mm,加工好的试样统一放于低温
柜内储存.针对本次海冰试样实验的基本特性统计
见表1.
表1试样的基本统计特性
Tab. 1 Basic characteristics of ice specimen
基木特性
均值
实验组数
海冰度
海冰温度/℃
74
图1单轴压缩实验川载心意
海冰度/kg:m-3
0).898
'eneral view of unlaxial compress test
侧限压缩强度/M
4.20
单轴缩强度/Mpa
侧限床缩实验时,除了按照上述单轴压缩实验
所采用的方法外,为了模拟平整海冰相.作用时所
由于各个海域的海冰运动速度、海域温度等参受的侧向挤压力,需要在试样岗端固定金属板进行
数差异很大,无法进行全方面的横向对比,针对海冰限位(图2)
物理参数中的盐度、密度进行了横向对比(表2).可
试样在实验前需在恒温柜中进行保温24h,确
以看出除了菜州湾海域的盐度明显偏小之外,环渤