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寒区工程不可避免面临各种形式的冰致灾害的威胁,涉及静动冰力学问题的危害尤为突出。作为冰力学问题研究的基础,全面系统了解冰力学性能及其与冰本身内部构造及外部各种环境条件因素之间的相关变化规律,对提高冰力预测精度,防治寒区工程冰致灾害具有重要意义。已开展的大量冰力学性能研究工作一直以来主要集中于准静态应变率范围,缺乏中高应变率范围内冰力学性能的系统研究。通常以静冰力学特性研究动冰力学问题,对动冰力学问题中的材料性能的动态效应考虑欠缺,而实际工程中的浮冰-结构相互作用、破冰船破冰、炸冰疏凌、冰雹打击等问题都可能超出准静态应变率范畴。此外,在涉及裂纹萌生与扩展、冰体破碎的动冰力学问题中,有限元等传统数值方法在这方面的模拟略显不足,有待新的数值研究方法。针对冰力学特性研究中存在的不足,本文通过系统开展准静态弯曲、单轴压缩试验以及动态单轴压缩试验系列物理试验研究淡水冰低、中应变下力学性能及其随冰体内外部影响因素的变化规律,以及对应的破坏模式。通过采用颗粒离散元法进行准静态、动态应变率下冰的单轴压缩试验的数值模拟,率定系列温度及应变率下微观参数,建立冰力学问题颗粒离散元模拟的微观本构模型。最后,采用颗粒离散元法开展了浮冰-墩柱撞击典型动冰力学问题的模拟。主要创新点包括以下五个方面:(1)首次开展了融冰初期河冰弯曲性能测试研究工作,获得了融冰初期冰体弯曲性能参数。(2)优化了冰体动态压缩变形测量方法及应力均匀性检测方法。通过在冰试件表面制备人工散斑,结合数字散斑图像相关方法实现了冰体动态压缩变形的测量。通过采用上下两端同时布设动态力传感器的荷载测量方案实现了动态压缩时试件高度方向应力均匀性的检测评判。变形测量及荷载测量优化方案有效克服了中应变率下开展冰体压缩试验的困难;(3)得到了淡水湖冰准静态、动态单轴压缩性能参数及其随温度、应变率、孔隙率、加载方向的变化规律,以及相应的破坏模式。(4)通过开展冰体准静态、动态单轴压缩颗粒离散元法数值试验,率定得到冰力学问题模拟的颗粒离散元模型微观参数。(5)采用平面联结接触模型模拟浮冰-桥墩撞击问题,评估了其在冰力学问题模拟方面的可行性,为解决中小尺度冰力学问题提供新思路。