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红旗泡水库冰层变形观测及静冰压力计算

王川  
【摘要】: 本文是国家自然科学基金委项目“水库淡水冰热膨胀应力产生过程的原型观测和实验室研究(50879008)”的一部分。 我国的东北、华北、及西北地区,冬季常有寒冷空气过境,气温特别低,水工建筑物经常受到冰盖层冰压力的侵害和破坏。本次的观测地点处于黑龙江省,纬度较高,1月多年平均气温达-20.5℃,水库封冻早,冰盖层厚度可达0.7-1.5m。当气温回升时,冰盖层受热膨胀,对护坡产生静冰压力,给护坡工程带来严重的破坏。在水库冰研究方面,对冰的生长过程和冰对结构物作用力的研究较多,而对淡水冰的物理和力学性质的研究较少。由于冰盖层对水库护坡的作用比较复杂,到目前为止,护坡静冰压力的计算还处于研究阶段。 由于冰温和气温的变化直接关系到冰层的生消和静冰压力的大小,因此本文首先利用2008年12月19日至2009年4月8日在黑龙江省红旗泡水库的现场实测资料剖析冰生长不同阶段冰温沿冰厚的垂直变化以及冰生长率的大小;其次建立气温与冰温变化的数值关系式,分析持续气温变化对冰层厚度的影响,确定冰厚度数据与冰生长过程简单模型间的关系:然后再利用气温、气温变化速率、水温等容易测试和预报的环境因素来联系冰表面和冰内部温度和温度变化速率;建立静冰压力与室内冰单轴压缩强度的关系,用冰内部温度剖面和冰表面热力变形来计算用不同分层的静冰压力值。剖析现行计算静冰压力的常用公式,并利用实测数据将室内试验结果与常用的静冰压力计算公式结果进行对比讨论,为解决工程中的实际问题提供理论基础;对水库管理处开挖的破冰槽进行现场观测,并分析其实际效果;另外还对大坝附属设施的破坏以及冰堆积进行了观测。


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