海冰單軸壓縮強(qiáng)度影響因素分析

王國(guó)軍，李書(shū)興，資林欽，張大勇，許 寧，袁 帥，岳前進(jìn)，張日向

(1.大連理工大學(xué) 海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 遼寧 盤(pán)錦 124221； 2.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心， 遼寧 大連 116024)

近年來(lái)北極海冰覆蓋面積逐漸減少，開(kāi)發(fā)北極冰區(qū)海洋資源受到各國(guó)的重視。目前在冰區(qū)資源開(kāi)發(fā)面中還面臨著眾多亟待解決的問(wèn)題，其中冰荷載就是最主要的問(wèn)題之一。冰單軸壓縮強(qiáng)度是冰荷載計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)，由于海冰是一種復(fù)雜的材料，組成成分有氣泡、鹽分、質(zhì)等。海冰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、加載速率、鹽度、孔隙率、密度等共同影響著海冰的壓縮強(qiáng)度，使得其力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出很大的離散性。

由于生長(zhǎng)環(huán)境和氣象條件的不同導(dǎo)致了冰不同的紋理組織或是多晶體中單個(gè)晶粒的不同方位,因此也就形成了不同的晶體結(jié)構(gòu)，其中海冰最常見(jiàn)的冰結(jié)構(gòu)有顆粒狀的和柱狀的形式，顆粒狀冰表現(xiàn)為各向同性的特征，柱狀冰由于在其垂直方向上的粒徑尺寸大于水平方向的尺寸等因素，使得其表現(xiàn)出顯著的各向異性特性，從而不同的加載方向上柱狀冰的力學(xué)強(qiáng)度表現(xiàn)也不同。Petyton H R[1]，Sinha N K[2]，F(xiàn)rederking和Timco[3]，Bjekas[4]等國(guó)外學(xué)者研究了海冰的垂直強(qiáng)度(晶粒生長(zhǎng)方向垂直于冰自然表面)和水平強(qiáng)度(晶粒生長(zhǎng)方向平行于冰自然表面)的關(guān)系，研究結(jié)果表明海冰的垂直強(qiáng)度與水平強(qiáng)度的比值變化較大，其值介于1.3～4.0之間。國(guó)內(nèi)學(xué)者李福成[5]、李志軍[6]、張明元[7]也對(duì)海冰的垂直強(qiáng)度與水平強(qiáng)度的關(guān)系做了研究，研究結(jié)果表明其壓縮強(qiáng)度比值介于1.30～2.85。這些研究均表明了柱狀冰具有顯著的各向異性特性，但是其研究結(jié)果也存在較大的差異，無(wú)法確立海冰垂直強(qiáng)度與水平強(qiáng)度的關(guān)系。

海冰的壓縮強(qiáng)度對(duì)加載速率有較強(qiáng)的敏感性，當(dāng)處于低加載速率時(shí)表現(xiàn)為韌性性質(zhì)，當(dāng)處于高加載速率時(shí)表現(xiàn)為脆性性質(zhì)[8-9]，國(guó)內(nèi)的李福成等[10]、李志軍[6]及岳前進(jìn)等[11]基于渤海海冰研究發(fā)現(xiàn)加載速率當(dāng)處于兩者之間時(shí)海冰會(huì)呈現(xiàn)韌脆轉(zhuǎn)變，海冰最大的單軸壓縮強(qiáng)度也出現(xiàn)在此區(qū)域。國(guó)際上也普遍認(rèn)為海冰的韌脆轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在10-4s～10-3s范圍內(nèi)，國(guó)外的Cole D M[12]發(fā)現(xiàn)，應(yīng)變速率在10-4s～10-3s范圍內(nèi)，海冰的破壞應(yīng)力與應(yīng)變速率無(wú)關(guān)。同時(shí)另一些國(guó)外學(xué)者通過(guò)研究不同海域的海冰發(fā)現(xiàn)其壓縮強(qiáng)度隨應(yīng)變率或應(yīng)力率的增加而呈不斷增加的趨勢(shì)[13-17]。從以上分析發(fā)現(xiàn)，由于不同的環(huán)境條件和研究方法，使得關(guān)于應(yīng)變速率與壓縮強(qiáng)度的關(guān)系結(jié)果也不同，其還有待更深入的研究。

海冰的溫度、鹽度也是影響其強(qiáng)度的重要參數(shù)，一般可以用鹵水體積來(lái)描述海冰的溫度和鹽度參數(shù)。大量實(shí)驗(yàn)表明，海冰強(qiáng)度隨鹵水體積的增加而明顯降低，但是不同的學(xué)者對(duì)兩者的函數(shù)關(guān)系有不同的表述。Timco G W等[15]研究發(fā)現(xiàn)海冰強(qiáng)度與鹵水體積的平方根呈線(xiàn)性關(guān)系，張效忠等[18]給出的海冰抗壓強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型中也是鹵水體積平方根的線(xiàn)性關(guān)系式，但兩者的函數(shù)式有一定的差別，孟廣琳等[19]得出兩者呈負(fù)指數(shù)關(guān)系。我國(guó)渤海海冰的實(shí)驗(yàn)結(jié)果大多是鹵水體積平方根的線(xiàn)性關(guān)系式或負(fù)指數(shù)關(guān)系式[20-22]。從以上的研究發(fā)現(xiàn)，鹵水體積與海冰強(qiáng)度的關(guān)系有著相同的趨勢(shì)，但表達(dá)式存在區(qū)別。從而需要進(jìn)一步研究明確海冰的強(qiáng)度與鹵水體積的關(guān)系式，為寒區(qū)工程設(shè)計(jì)提供參考。

由于海冰單軸壓縮強(qiáng)度與物理參數(shù)的關(guān)系式存在以上的諸多問(wèn)題 ，基于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)其進(jìn)行了深入研究，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均由現(xiàn)場(chǎng)采冰運(yùn)至室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到。文中首先介紹了海冰單軸壓縮強(qiáng)度室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的方法；其次分析了不同加載速率下海冰的破壞特征，確定寬應(yīng)變速率范圍內(nèi)加載速率對(duì)單軸壓縮強(qiáng)度的影響，建立了兩者的關(guān)系式，分析了鹵水體積對(duì)海冰單軸壓縮強(qiáng)度的影響，基于對(duì)兩者的分析，修改了ISO19906(2010)規(guī)范中的海冰壓縮強(qiáng)度計(jì)算公式，擬合得到遼東灣海域及莊河海域的海冰單軸壓縮強(qiáng)度計(jì)算式。

1 海冰單軸壓縮實(shí)驗(yàn)

材料強(qiáng)度的定義為材料開(kāi)始發(fā)生破壞時(shí)的應(yīng)力，但海冰的內(nèi)部破壞過(guò)程發(fā)生在整個(gè)加載過(guò)程中，無(wú)法確定明顯的破壞開(kāi)始點(diǎn)。工程中將實(shí)驗(yàn)得到的最大抗力作為海冰單軸壓縮強(qiáng)度的計(jì)算值，即利用最大力除以海冰試樣的橫截面積，計(jì)算出海冰的單軸壓縮強(qiáng)度可表達(dá)為：

(1)

式中：σc為海冰單軸壓縮強(qiáng)度；Fmax為海冰壓縮實(shí)驗(yàn)最大抗力；Aice為海冰試樣實(shí)際橫截面積。

海冰單軸壓縮強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)一般采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)兩種方法，由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)面臨的環(huán)境惡劣，一般采取現(xiàn)場(chǎng)取冰，在室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)需要控制測(cè)試試樣的溫度和環(huán)境溫度。文中所研究的海冰均取自環(huán)渤海地區(qū)(遼東灣區(qū)域和莊河地區(qū)海域)。海冰單軸壓縮實(shí)驗(yàn)一般將試樣制成圓柱體或長(zhǎng)方體兩種類(lèi)型，一些學(xué)者研究表明兩種類(lèi)型試樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有明顯差距[13,23]?？紤]到試樣制備的易操作性，文中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)涉及的實(shí)驗(yàn)中均將試樣制備成長(zhǎng)方體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。參考1988年國(guó)際水利工程師協(xié)會(huì)(IAHR)冰工程會(huì)議上提出的實(shí)驗(yàn)推薦方法以及大連理工大學(xué)多年的冬季海冰物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，為了使海冰試樣滿(mǎn)足圣維南原理，海冰單軸壓縮標(biāo)準(zhǔn)試樣的大小設(shè)計(jì)為70 mm×70 mm×175 mm。

2008年—2009年冬季采集瓦房店海域海冰，進(jìn)行了121組實(shí)驗(yàn)，采樣點(diǎn)平均環(huán)境溫度4.3℃。2009年—2010年冬季采集普蘭店海域海冰，進(jìn)行了149組實(shí)驗(yàn)，采樣點(diǎn)平均環(huán)境溫度-2.1℃。2015年—2016年冬季海冰采集于遼河口附近海冰，進(jìn)行了74組實(shí)驗(yàn)，采樣點(diǎn)平均冰溫-4.4℃。2016年—2017年冬季海冰采集于莊河附近海域的海冰，采樣點(diǎn)平均冰溫-10.1℃。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：(1) 將采集得到的大塊冰坯運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)，放入冷柜中保溫；(2) 利用油鋸對(duì)大塊冰坯進(jìn)行粗加工(圖1(a))，再利用臺(tái)鋸對(duì)其進(jìn)行精細(xì)加工制備成壓縮標(biāo)準(zhǔn)試樣70 mm×70 mm×175 mm(圖1(b))并放入冷柜中控溫24 h以上；(3) 取出冰樣，測(cè)量記錄其長(zhǎng)、寬、高、質(zhì)量及溫度，再放入加載試驗(yàn)機(jī)，并設(shè)置加載速率進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)，試樣發(fā)生破碎或峰值下降超過(guò)40%停止實(shí)驗(yàn)。(4) 收集破碎試樣不同位置的碎冰，進(jìn)行鹽度測(cè)量并記錄。

圖1 2016年—2017年冬季海冰試樣及加載圖

2 物理參數(shù)對(duì)海冰單軸壓縮強(qiáng)度的影響

2.1 應(yīng)變速率對(duì)海冰壓縮強(qiáng)度的影響

對(duì)于結(jié)冰海域的結(jié)構(gòu)物，由于環(huán)境驅(qū)動(dòng)力的改變，使得海冰作用于結(jié)構(gòu)物上的速度不同。利用海冰強(qiáng)度計(jì)算冰荷載時(shí)，可通過(guò)不同的應(yīng)變速率或應(yīng)力率來(lái)研究海冰速度變化的影響。實(shí)驗(yàn)分析應(yīng)變速率與單軸壓縮強(qiáng)度的關(guān)系，應(yīng)變速率是單位時(shí)間內(nèi)的應(yīng)變量，用式(2)表示：

(2)

從圖2不同應(yīng)變速率下海冰的加載曲線(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，海冰對(duì)于應(yīng)變速率具有比較強(qiáng)的敏感性，低應(yīng)變速率下海冰的加載曲線(xiàn)在達(dá)到峰值后，隨著繼續(xù)加載呈現(xiàn)緩慢下降并趨于平穩(wěn)表現(xiàn)出蠕變的特性(Stain rate 10-4/s曲線(xiàn))，從試樣的實(shí)驗(yàn)圖像(見(jiàn)圖2(a))也可以看出，隨著加載海冰不斷的被壓縮，宏觀上沒(méi)有明顯的斷裂破壞(韌性破壞)，定義為海冰的蠕變破壞；高應(yīng)變速率下曲線(xiàn)在達(dá)到峰值后出現(xiàn)突然跌落(Stain rate 10-2/s曲線(xiàn))，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖(圖2(c))中可以看出試樣發(fā)生了斷裂破壞(脆性破壞)，呈現(xiàn)出脆性特性；在應(yīng)變速率大約處于10-3/左右時(shí)隨之加載應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)先呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)，達(dá)到峰值后會(huì)快速減小，試樣經(jīng)歷屈服后出現(xiàn)應(yīng)變軟化階段而發(fā)生韌性破壞，此區(qū)域一般定義為海冰的韌脆轉(zhuǎn)變區(qū)域。在此應(yīng)變速率下的海冰極限壓縮強(qiáng)度一般大于前兩種應(yīng)變速率下的極限壓縮強(qiáng)度。從分析發(fā)現(xiàn)，海冰試樣在脆性區(qū)域破壞時(shí)，多為剪切形式的破壞(見(jiàn)圖2(c))；韌脆轉(zhuǎn)變區(qū)域時(shí)，多為劈裂形式的破壞，試樣開(kāi)裂處一條主裂縫，方向平行于加載方向上下貫通，隨后試樣破碎(圖2(b))；在韌性區(qū)域，海冰試樣發(fā)生鼓脹，試樣發(fā)生多處的短裂縫，并沒(méi)有明顯主裂縫(見(jiàn)圖2(a))。

圖2不同應(yīng)變速率下海冰的加載曲線(xiàn)及破碎形式

基于海冰單軸壓縮實(shí)驗(yàn)對(duì)不同地區(qū)不同年份的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了海冰單軸壓縮強(qiáng)度與應(yīng)變速率關(guān)系的分析研究(見(jiàn)圖3)。

針對(duì)圖3中的不同海域的海冰實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，海冰壓縮強(qiáng)度的峰值一般出現(xiàn)在應(yīng)變速率為10-4/s至10-3/s的范圍內(nèi)，此范圍即為海冰的韌脆區(qū)域，應(yīng)變速率低于此區(qū)域海冰表現(xiàn)出韌性破壞特征，高于此區(qū)域海冰表現(xiàn)出脆性破壞特征。

圖3海冰單軸壓縮強(qiáng)度與應(yīng)變速率的關(guān)系

有學(xué)者針對(duì)海冰單軸壓縮強(qiáng)度在韌性破壞區(qū)域與應(yīng)變速率的關(guān)系進(jìn)行了分析，通過(guò)力學(xué)行為[11,24-25]和實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)[26]總結(jié)得到冰單軸壓縮強(qiáng)度同應(yīng)變速率的關(guān)系式：

(3)

但是缺乏寬應(yīng)變速率范圍內(nèi)的單軸壓縮強(qiáng)度，孟廣琳等[26]基于式(3)做了分段函數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，針對(duì)的是單一溫度的擬合，分段函數(shù)的適用范圍存在爭(zhēng)議。冰區(qū)結(jié)構(gòu)物的安全設(shè)計(jì)主要需要海冰的峰值強(qiáng)度，基于三次曲線(xiàn)(式(4))對(duì)不同地區(qū)的海冰單軸壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，主要考慮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中各個(gè)應(yīng)變速率下的極限值擬合得到曲線(xiàn)，這種方法有利于冰區(qū)結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)。2016年冬季莊河海域的基于應(yīng)變速率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，但從數(shù)據(jù)分布來(lái)看最大的單軸壓縮強(qiáng)度也出現(xiàn)在應(yīng)變速率為10-3/s時(shí)。

(4)

從擬合結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)三次曲線(xiàn)能夠較好的反映在寬應(yīng)變范圍內(nèi)海冰單軸壓縮強(qiáng)度與應(yīng)變速率的關(guān)系，相較于前人的研究成果，式(4)更有利于分析海冰的應(yīng)變速率與壓縮強(qiáng)度的關(guān)系，但是不同海域海冰的擬合值存在一定的差異性，此種差異應(yīng)當(dāng)是海冰中的物理特性的影響造成的，應(yīng)當(dāng)綜合考慮海冰的物理特性的影響，分析海冰單軸壓縮強(qiáng)度的計(jì)算方法。

表1 海冰單軸壓縮強(qiáng)度與應(yīng)變速率的擬合參數(shù)值

2.2 鹵水體積對(duì)海冰單軸壓縮強(qiáng)度的影響

溫度、鹽度是海冰壓縮強(qiáng)度的主要影響因素，溫度的改變能夠引起海冰內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，使其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度發(fā)生變化，鹽度的改變能引起內(nèi)部孔隙的變化，也會(huì)造成海冰強(qiáng)度的變化。國(guó)內(nèi)外針對(duì)溫度鹽度與海冰強(qiáng)度的關(guān)系有大量的研究，其中有線(xiàn)性關(guān)系的：

σc=A|T|+B

(5)

其中：A、B為擬合系數(shù)，張明元等[7]基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了A、B值的擬合，于天來(lái)等[27]也針對(duì)線(xiàn)性公式進(jìn)行擬合得到了A、B的值，擬合值具有一定的差異。李志軍等[28]基于非線(xiàn)性公式對(duì)海冰單軸壓縮強(qiáng)度與溫度的關(guān)系進(jìn)行了分析：

σc=Aln|T|+B

(6)

式(6)保證了海冰壓縮強(qiáng)度值在冰點(diǎn)附近接近零，同時(shí)符合了數(shù)學(xué)和物理上的要求。但是只考慮溫度作為壓縮強(qiáng)度的設(shè)計(jì)變量不合理，它忽略了鹽度、氣泡等因素的影響。將鹵水體積作為海冰鹽度、溫度的統(tǒng)一表征，基于鹵水體積研究海冰的壓縮強(qiáng)度。分析鹵水體積平方根同海冰壓縮強(qiáng)度的關(guān)系即式(7)：

(7)

Frankenstein G等[29]針對(duì)溫度處于-0.5℃～-22.9℃的海冰進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得到了海冰溫度、鹽度與海冰鹵水體積的函數(shù)關(guān)系式：

(8)

式中：vb為海冰鹵水體積，(‰)；T為海冰溫度，(℃)；S為海冰鹽度，(‰)。

針對(duì)莊河海域和遼河口海域的海冰實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，主要選取加載速率在10-3/s左右的數(shù)據(jù)，基于式(7)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，考慮了不同加載方向的影響，主要結(jié)果如圖4所示。擬合結(jié)果如表2所示。

圖4 海冰單軸壓縮強(qiáng)度與鹵水體積的關(guān)系

從以上的分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，海冰的單軸壓縮強(qiáng)度隨著鹵水體積的增大而減小，與鹵水體積平方根的負(fù)冪函數(shù)相關(guān)。莊河海域的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，離散性比較大擬合度不高。遼河口海域的海冰較好的符合式(6)。結(jié)果表明相較于基于溫度的海冰壓縮強(qiáng)度計(jì)算式，鹵水體積平方根能夠更準(zhǔn)確的反映海冰壓縮強(qiáng)度隨物理參數(shù)的變化趨勢(shì)。

2.3 綜合考慮鹵水體積和加載速率對(duì)海冰單軸壓縮強(qiáng)度的影響

張效忠等[18]基于與溫度、鹽度和密度有關(guān)的因子進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)擬合，其關(guān)系式為式(9)：

(9)

將應(yīng)變速率相關(guān)參數(shù)歸結(jié)為A，溫度、鹽度及密度的相關(guān)參數(shù)歸結(jié)為C，B為綜合參數(shù)。此式中的參數(shù)均由實(shí)驗(yàn)擬合得到，沒(méi)有體現(xiàn)出海冰物理特性的影響關(guān)系，應(yīng)用具有一定的局限性。

Timco和Frederking[15]基于鹵水體積提出了海冰壓縮強(qiáng)度表達(dá)式：

(10)

表3 ISO19906規(guī)范中海冰單軸壓縮強(qiáng)度擬合參數(shù)值

從圖5、圖6中可以發(fā)現(xiàn)遼東灣海域?qū)嶒?yàn)分析得到的海冰壓縮強(qiáng)度均大于基于ISO19906規(guī)范中公式計(jì)算得到的值，而莊河海域海冰的實(shí)驗(yàn)值在低應(yīng)變速率下和基于規(guī)范公式的計(jì)算值相近，但是在高應(yīng)變速率時(shí)實(shí)驗(yàn)值遠(yuǎn)小于規(guī)范公式的計(jì)算值。第一是由于ISO19906規(guī)范中規(guī)定以上的擬合參數(shù)適用應(yīng)變速率處于10-7～2×10-4范圍韌性破壞區(qū)域的海冰；第二以上分析也說(shuō)明ISO19906規(guī)范中的擬合參數(shù)不適用于遼東灣海域的海冰壓縮強(qiáng)度計(jì)算。

圖5 2015年遼東灣海域海冰壓縮強(qiáng)度

圖6 2017年莊河海域海冰壓縮強(qiáng)度

通過(guò)2.1節(jié)的分析可以發(fā)現(xiàn)，海冰壓縮強(qiáng)度的極值與應(yīng)變速率的對(duì)數(shù)服從三次曲線(xiàn)的關(guān)系，通過(guò)2.2節(jié)的分析可以得到海冰的壓縮強(qiáng)度與鹵水體積的平方根相關(guān)?；诖藢?duì)Timco等提出的關(guān)系式進(jìn)行修正得到式(11)。

(11)

分別對(duì)遼東灣海域的海冰壓縮強(qiáng)度和莊河海域的海冰壓縮強(qiáng)度進(jìn)行了參數(shù)擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 修正公式的海冰單軸壓縮強(qiáng)度擬合參數(shù)值

以上的數(shù)據(jù)擬合考慮了加載速率在10-5～10-2范圍內(nèi)的海冰壓縮強(qiáng)度，包含在韌性破壞區(qū)、韌脆轉(zhuǎn)變區(qū)及脆性破壞區(qū)的海冰破壞模式，同時(shí)綜合考慮了加載速率、溫度及鹽度對(duì)海冰壓縮強(qiáng)度的影響，相較與現(xiàn)有的計(jì)算方法，從圖7中可以看出基于擬合公式(11)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值接近，式(11)能夠更好的反映海冰的壓縮強(qiáng)度與物理參數(shù)的關(guān)系。

圖7基于擬合公式的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比

3 結(jié) 論

影響海冰單軸壓縮強(qiáng)度的因素眾多，目前關(guān)于海冰壓縮強(qiáng)度計(jì)算方法存在較多的研究成果，但是也存在一定的差異。通過(guò)分析渤海多個(gè)海域海冰壓縮強(qiáng)度的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了應(yīng)變速率、溫度及鹽度與海冰單軸壓縮強(qiáng)度的關(guān)系，主要結(jié)論：

(1) 隨著應(yīng)變速率的增加，海冰壓縮強(qiáng)度先增加后減小，在10-4/s至10-3/s的范圍內(nèi)達(dá)到最大值，此范圍為海冰的韌脆轉(zhuǎn)變區(qū)。海冰壓縮強(qiáng)度的極值(各個(gè)應(yīng)變速率下的極大值)與應(yīng)變速率的對(duì)數(shù)符合三次曲線(xiàn)關(guān)系。

(2) 海冰壓縮強(qiáng)度隨鹵水體積的增加而減小。壓縮強(qiáng)度與鹵水體積的平方根的負(fù)冪函數(shù)相關(guān)。

(3) 基于修改的ISO19906(2010)規(guī)范中關(guān)于海冰單軸壓縮強(qiáng)度的表達(dá)式，分析得到了渤海海域海冰壓縮強(qiáng)度與加載速率及鹵水體積雙因素的關(guān)系式，考慮了加載速率在10-5～10-2范圍內(nèi)的海冰壓縮強(qiáng)度。

本文不僅得到了單個(gè)影響因素下的海冰單軸壓縮強(qiáng)度的關(guān)系式，也分析了綜合因素影響下海冰的單軸壓縮強(qiáng)度計(jì)算方法，并得到了遼東灣地區(qū)和莊河海域的海冰壓縮強(qiáng)度的擬合參數(shù)，對(duì)研究冰區(qū)的冰荷載具有一定的指導(dǎo)意義。

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