王 娟，黄 樾，邓 宇，李志军，张邀丹

（1.郑州大学水利科学与工程学院，河南郑州 450001；2.黄河水利委员会黄河水利科学研究院，河南郑州 450003；3.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连 116042）

1 研究背景

黄河内蒙河段由于其特殊的地理位置、水文气象条件和河道特性，易于在凌汛期发生凌汛灾害，从而引发凌洪、破坏水工结构物，造成巨大的社会经济损失［1］。目前，在河冰的冰凌预测［2-3］，冰-水力学数值模拟［4-5］、冰与水工结构物相互作用［6］、冰生消演变规律［7-9］等方面有了较为丰富的研究结果，而针对河冰力学性能试验研究有待深入。河冰作为一种天然复合材料，其力学性能既受到温度、加载速率等外在因素的影响，也受到冰晶体结构等内在因素的影响。其中，温度是影响冰力学性能的主要因素，郜国明等［14］在-3 ℃到-15 ℃的温度范围下进行了黄河冰的劈裂试验，结果表明，在该温度范围下，随着温度的增加，黄河冰的劈拉强度增加，断裂韧度先减小后增大。加载速率也是影响冰力学性能的重要因素，Snyder［15］等通过试验分析了预应变对人工冰韧脆转变速率的影响，结果表明，在施加预应力后，冰试样的韧脆转变速率增加了3～10倍。李志军等［16］进行了乌梁素海冰的单轴压缩试验，建立了乌梁素海冰压缩强度与温度、速率之间的计算模型。冰的细观晶体结构决定了冰的宏观变形过程，也影响着冰的力学性能，Schulson［17］通过试验发现粒状冰的脆性强度与其晶体直径的平方根成反比，邓宇等［18］和Gribanov 等［19］对冰的单轴压缩过程进行了数值模拟，得到了与Schulson［17］相近的结果。……