冰体内温度应力引起的膨胀压力可导致结构物不同程度的破坏,其值是寒区水工建筑物的关键设计参数.为探究静冰温度应力的时空分布特性,采用原型观测研究手段,结合理论分析及计算,以黑龙江省大庆市青花湖6号水塘为研究对象,对水塘淡水冰层内部温度场和应力场进行了观测及分析.结果表明:冰温变化主要取决于上部气温的波动情况,表层冰温与气温呈良好的线性关系,且斜率在0.38～0.56;深度30 cm以上的冰温对气温变化的响应较为敏感,30 cm以下的冰温沿垂向基本呈线性分布;基于冰的Bergdahl粘弹性本构关系提出了一种冰温度应力计算模型,并结合实测数据回归分析确定模型中的参数,参数的拟合值明显依赖于测点位置;温度应力模型计算结果与观测结果吻合良好;从距离侧边挡墙较远的测点1到较近的测点4,随着周边围岸约束作用的增强,整体冰应力水平呈递增趋势;冰应力沿垂向呈非单调分布,即冰层表面产生的应力稍小,最大应力值出现在冰深10 cm～30 cm处,其下随深度逐渐减小,且冰应力只在0.7 m以内的冰层上部产生.
寒区 水塘 静冰 温度应力 原型观测