1、為了開發(fā)寒冷海域豐富的自然資源,人們已在冰區(qū)建立了大量平臺(tái)結(jié)構(gòu)。在平臺(tái)上安裝抗冰錐體可以有效減小作用在結(jié)構(gòu)上的冰力,這一方法已在寒區(qū)工程中廣為應(yīng)用。在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)覆雪條件會(huì)對(duì)冰排與錐形結(jié)構(gòu)間的相互作用進(jìn)程造成明顯影響,但受到現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)和模型試驗(yàn)技術(shù)的限制尚未對(duì)這一問題進(jìn)行系統(tǒng)研究。
　　本文開展覆雪冰排與錐形結(jié)構(gòu)相互作用的室內(nèi)模型試驗(yàn),首次實(shí)現(xiàn)覆雪模型冰排的制取。在試驗(yàn)中模擬了不同覆雪模型冰排與相同錐體模型的相互作用,錐體模型

2、的幾何參數(shù)保持不變(錐角60°,水線面處錐徑60cm)。在試驗(yàn)中設(shè)置了兩種徑厚比條件(水線面處錐徑與冰厚之比)、5種冰速條件以及3種不同的覆雪狀態(tài)(泉華雪、初降新雪和分層組合雪),在每種覆雪狀態(tài)下分別設(shè)置了3種雪厚條件。包括無雪冰排的對(duì)比試驗(yàn)共進(jìn)行了100組冰模型試驗(yàn)。試驗(yàn)中系統(tǒng)研究了覆雪水平對(duì)碎冰尺寸、碎冰堆規(guī)模、錐體冰力幅值和周期的影響。在試驗(yàn)現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)只有徑厚比較大且冰排覆雪時(shí)才能形成穩(wěn)定的碎冰堆。
　　覆雪條件明顯減小碎冰

3、尺寸,增加冰排破壞過程中的非同時(shí)性。在不同徑厚比和覆雪條件下會(huì)形成不同的碎冰堆形式。當(dāng)徑厚比較小且有雪覆蓋時(shí),碎冰堆表現(xiàn)為錐面上的多層上爬冰,碎冰堆不穩(wěn)定。當(dāng)徑厚比較大且有雪覆蓋時(shí),在錐體與冰排交界處形成較穩(wěn)定的碎冰堆。
　　不同覆雪狀態(tài)會(huì)對(duì)錐體冰力造成不同影響。泉華雪提高冰排強(qiáng)度,進(jìn)而增大了錐體冰力。初降新雪和分層組合雪降低了冰排強(qiáng)度,使錐體冰力減小。為考慮覆雪水平對(duì)錐體冰力的影響,引入冰強(qiáng)度、冰厚和冰排破壞模式的折減系數(shù),在模

4、型試驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)Ralston錐體冰力公式進(jìn)行修正。將修正公式的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,驗(yàn)證了修正公式的有效性。
　　覆雪水平對(duì)錐體冰力周期有明顯影響。當(dāng)徑厚比較小時(shí),覆雪條件不會(huì)對(duì)冰力周期造成本質(zhì)影響,僅增大其破壞過程中的非同時(shí)性。當(dāng)徑厚比較大時(shí),覆雪條件對(duì)錐體冰力周期影響明顯。覆雪條件影響遠(yuǎn)端環(huán)向裂紋的破壞周期,進(jìn)一步增加了冰排破壞過程中的非同時(shí)因素。同時(shí),碎冰堆的清除過程一方面增大了錐體冰力中的高頻成分,另一方面其清除—堆積過