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冰温度膨胀力室内模拟及影响因素试验研究

汪恩良 冷玉鹏 韩红卫 肖尧 富翔

汪恩良,冷玉鹏,韩红卫,等. 冰温度膨胀力室内模拟及影响因素试验研究[J]. 水利水运工程学报,2020(3):1-10 doi:  10.12170/20191009001
引用本文: 汪恩良,冷玉鹏,韩红卫,等. 冰温度膨胀力室内模拟及影响因素试验研究[J]. 水利水运工程学报,2020(3):1-10 doi:  10.12170/20191009001
(WANG Enliang, LENG Yupeng, HAN Hongwei, et al. Indoor simulation test of ice temperature expansion force and analysis of related factors[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(3): 1-10. (in Chinese)) doi:  10.12170/20191009001
Citation: (WANG Enliang, LENG Yupeng, HAN Hongwei, et al. Indoor simulation test of ice temperature expansion force and analysis of related factors[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(3): 1-10. (in Chinese)) doi:  10.12170/20191009001

冰温度膨胀力室内模拟及影响因素试验研究

doi: 10.12170/20191009001
基金项目: “十三五”国家重点研发计划资助项目(2018YFC0407301);黑龙江博士后科研启动项目(LBH-Q17011)
详细信息
    作者简介:

    汪恩良(1971—),男,河北滦南人,教授,博士,主要从事工程冻土及水工建筑物冻害防治技术研究。E-mail:HLJWEL@126.com

  • 中图分类号: P334+.7

Indoor simulation test of ice temperature expansion force and analysis of related factors

  • 摘要: 东北地区冬季气候寒冷,河渠、水库等水工建筑物在冬季由于结冰形成的冰盖会产生作用于水工建筑物上的静冰荷载。随着温度升高,冰盖板产生冰温度膨胀力,会对野外水工建筑物造成破坏。由于野外观测周期长,且多种条件限制野外实地观测,因此,为了研究冰盖的冰温度膨胀力及其相关影响因素,在低温环境模拟实验池内进行了冰温度膨胀力室内模拟试验,并对冰温、冰厚等相关影响因素进行了分析。结果表明:冰温度膨胀力产生于气温升高阶段,且随着温度的升高,冰温度膨胀力呈增大趋势。冰温度膨胀力发展到峰值时,对应冰温为−1.9 ℃,环境温度接近0 ℃,与野外实际观测结果相符。室内试验的最大冰温度膨胀力为118.7 kPa,试验的最大冰厚为10.65 cm,冰温度膨胀力的最大峰值出现在冰盖板的3.5 cm处,表明冰温度膨胀力的作用点在最大冰厚的1/3处,且冰温度膨胀力沿冰厚呈先增大后减小的分布。
  • 图  1  冰温度膨胀力测试示意和传感器布置

    Figure  1.  Schematic diagram of ice temperature expansion force test and sensor layout

    图  2  野外实测气温和实验室模拟温控曲线

    Figure  2.  Field measured temperature and laboratory simulated temperature control curve

    图  3  野外太阳辐射与室内模拟辐射对比

    Figure  3.  Comparison of outdoor solar radiation and indoor simulated radiation

    图  4  碘钨灯布置和冰面热量分布

    Figure  4.  Layout of iodine tungsten lamp and heat distribution of ice surface

    图  5  野外冰厚和实验室内实测冰厚变化情况

    Figure  5.  Variation of field ice thickness and ice thickness measured in laboratory

    图  6  冰温度膨胀力与冰厚关系

    Figure  6.  Relationship between ice temperature expansion force and ice thickness

    图  7  不同深度处温度随时间变化过程

    Figure  7.  Temperature changes with time at different depths

    图  8  冰温度膨胀力随冰温变化过程

    Figure  8.  The process of ice temperature expansion force changing with ice temperature

    图  9  冰温度膨胀力随温度变化

    Figure  9.  Curve of ice temperature expansion force changing with temperature

    图  10  冰温度膨胀力变化过程曲线

    Figure  10.  Curve of ice temperature expansion force changing with temperature

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-09
  • 网络出版日期:  2020-06-15
  • 刊出日期:  2020-06-01

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