丁法龙，茅泽育

(清华大学水利水电工程系，北京 100084)

物体或结构受热之后，由于受到外部或内部的约束而不能实现自由膨胀，物体或结构内部将产生温度应力，又称热应力。在寒冷地区，水库、河流、湖泊、水塘等水体在冬季都有冰冻现象发生并形成一定厚度的冰层(淡水冰)，冰具有固态物体热胀冷缩的物理性质，冰在发生膨胀时，会受到周围或内部结构物(如水库边坡护岸、坝体、闸门、海域港口防波堤等)不同程度的约束从而在冰层内部产生应力，冰层反过来对结构物施以挤压破坏作用，即冰压力[1]。需要说明的是，由水冻结成冰的相变过程中，尽管体积也会发生膨胀，但此时冰的材料强度处于较低的水平上，不会对结构产生明显的影响[2]；然而已有大量观测资料表明，冰在升温过程中会产生较大的温度应力，该温度应力引起的冰压力可导致结构物不同程度的破坏，是寒区水工建筑物的关键设计参数[3]。本文主要研究由冰温升高引起的冰层温度应力。

冰的物理特性十分复杂，研究表明冰温度应力受多种因素的影响，包括冰层的热力状况、冰层的约束条件、冰层厚度等，这使得冰温度应力的估算存在诸多不确定因素。我国海冰物理力学性质[4]和动冰力[5−7]的研究相对较为系统，但针对淡水冰尤其是静冰力的研究仍然有很大缺口，国内对该问题的研究基本上采用的是现场量测冰压力的大小，经过数据分析提出相应的经验公式，将冰压力表达为冰厚和结构物几何参数的函数[8]，这些经验公式具有一定的工程应用基础，但它们的适用范围小，误差大，而且公式中一些经验参数在实际中难以确定，是一种粗略的冰力估算方法。……