洪嘉琳，马笑聪，陈 静，杨腾朝，李 波，郝 颖，张 楠*

（1.吉林大学建设工程学院，吉林 长春130026；2.吉林大学极地研究中心，吉林 长春130026）

0 引言

冰的力学特性对冰川学、冰工程学、行星学和材料科学等领域的研究具有重要意义。然而由于极地环境恶劣，极地原始冰芯的采集周期长、成本高，导致其数量十分有限，样品质量因采集方法和采样地点而异，难以符合力学特性研究重复试验的样品数量要求［1］。小尺寸人工冰样具有制备程序简单、周期短、成本低、不受季节和地域限制等优点，因而被广泛应用于冰的力学特性研究。

常用于冰力学特性实验的人工冰样制备方法有冻水成冰法、高压相变法和压力烧结法，如表1所示。冻水成冰法是指在低温环境条件下冻结液态水制备冰样的方法。高压相变法是指在低温环境以高于200 MPa的压力压缩雪或冰，而后卸载至常压使冰样从II型冰相变转化成Ih型冰的制备冰样方法。压力烧结法是指在低温环境以低于200 MPa的一定压力压缩雪或冰颗粒达到冰密度制备冰样的方法。

表1 国内外人工冰样制作方法及关键参数Table 1 Preparation methods and key parameters of artificial ice samples

冻水成冰法是制作毫米级晶粒尺寸冰样的常用方法。Goughnour［3］使用冷却盘管结出的霜粒作为冰颗粒，将霜粒放入端部可拆卸的密封圆柱形黄铜模具。在0℃环境条件下向模具内注入蒸馏后的0℃脱气水，在－18±2℃温度下进行全面冻结。冷冻开始数分钟后，松开顶板以减轻冷冻应变。冷冻结束后，拆卸模具顶板和底板，对模具表面稍作加热以实现脱模取出冰样，所得冰样晶粒尺寸约1 mm，密度为0.900～0.913 g/cm3。……