基于断裂力学的水库冰板挤压破坏冰压力计算方法

邢怀念,刘增利,李洪升

(大连理工大学工程力学系,辽宁大连 116023)

基于断裂力学的水库冰板挤压破坏冰压力计算方法

邢怀念,刘增利,李洪升

(大连理工大学工程力学系,辽宁大连 116023)

为了给寒区水库护坡抗冰冻设计提供依据,以冰板为研究对象,考虑冰板的破坏特征、性质及冰板形成过程中存在的大量缺陷,应用断裂力学理论研究冰板的挤压破坏极限应力,据此确立冰压力的计算方法。算例计算结果表明:冰板挤压破坏具有脆性特征,冰压力随着冰厚的增加而增大;在冰厚相同条件下,冰压力计算值与标准值和实测值基本吻合;冰压力计算公式能够反映冰压力形成过程的物理本质,符合实际情况。

冰压力;水库冰板;挤压破坏;断裂力学

1 冰板挤压破坏的形式与特征

1.1 冰板挤压破坏与冰板厚度和冻结状态的关系

a.当冰板与护坡冻结在一起时,可分为两种破坏状况:①在冻结初期,冰层较薄,冰厚h＜0.4 m,在冰压力Pi作用下,冰板在薄弱部位凸起失稳,产生屈曲破坏,如图1(a)所示。②随着气温降低,冰板厚度增加,当冰厚h＞0.4 m时,在冰压力作用下,冰板发生压缩破坏,但由于冰压力沿冰板厚度方向是非均匀分布的,因此严格说是偏心作用,如图1(b)所示。

图1 冰板与护坡冻结在一起的屈服破坏和压缩破坏

b.当冰板与护坡未冻结在一起时(这种情况的发生条件是冰压力沿护坡面的水平分力PH大于冰与护坡之间的冻结强度P0),PH克服摩擦力后,使冰板沿护坡面向上滑动,冰板在冰压力的垂直反力PV(垂直于冰板平面)作用下将弯曲并产生弯曲破坏,如图2所示。……