冰研究现状分析

《冰研究现状分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、冰研究现状分析冰，一种常见的固态物质，在地球上广泛分布，尤其是在高纬度地区长期存在。作为水的固体形态，本质上冰仍是由水分子排列组成。根据近代使用X射线进行研究的结果，证明了冰微观上具有四面体的晶体结构。这个四面体是通过水分子间的氢键形成的，是一个敞开式的松弛结构，因为五个水分子并不能将全部四面体的体积占完。在冰中，众多的四面体通过氢键联系成为一个整体。这种通过氢键形成的定向有序排列方式，空间利用率较小，不如以单个水分子存在时排列紧密，因而冰的密度比水要小，约为4・C时液态水密度的十分之九。在摄氏温度中，冰点，即液态水转变成固态冰时的温度，被定义为o・c,这在地球上是一个众多区域在不

2、同时期都有可能达到的温度。结合水在地球上分布的广泛性特点可知，冰亦是一种分布广泛的物质形态。根据冰的存在条件可知，只要有水，温度降到冰点以下，就可以产生冰。冰现彖可以以多种不同的形式来体现：大气冰、湖冰、河冰、海冰、陆地冰川、冰山、地下冰（冻土）等。冰的广泛存在性也就决定了冰问题存在的多样性。就国民生产和人民生活中的常见情况而言，港口、码头及海上石油开采平台遇到的海冰问题⑴，河流上桥墩面对的流冰作用动力响应问题⑵，高压输电线路上出现的冻结覆冰问题⑴，寒区和高海拔地区的各种冻土问题⑷，甚至飞行器高空飞行时的冰问题⑸，都需要进行考虑和解决，否则将会影响正常的生产生活秩序，造成不同程度的

3、财产损失，其至危害人身安全。但无论什么形式的冰，其基本组成都是特定秩序下排列的水分子。自然哲学上讲事物的宏观现象和性质与内部组成是紧密相关的，所以不同领域不同形式的冰研究仍然具有共性。好的Ifll是对不同形式冰各种性质的硏究成果完全可以相耳.借鉴和利丿最终都将从木质上揭示冰的种种属性:复杂的-面是在已知冰的规律特征的前提下,又要根据不同领域冰问题的具体特点采取不同的措施来消除不利因索,进而达到解决问题的最终II的。事物之间普遍存在联系叫冰问题的广泛存在性也造成了冰与其他领域材料的叭结合和共同作用，•方面使得很多领域里尤处用仃先问题时都要芳虑冰的因素;另/川I冰工程的进展也离不开与尖

4、他学科的结合。如冬李海而的溢油乍故产牛的冰汕混介物打捞处理问题⑺，需要对油和冰的特性都有所把握;上壤中水分冻结形成的冻上冻胀问题,涉及冰力学、匕力学、弹性力学等多学科的知识。图1.1•爱斯基修人建造的冰岸Fig.1.1Lgkx>builtbytheEskimo对任何有应用价值事物的研究不外乎趋利和避書两个方面。冰作为天然材料.任高纬度地区可以直接作为材料应用在工程中。牛.活在北极的爱斯基席人用冰和雪K接建造房屋（如图1.1所示），加拿大曾修建有长达600km的“冰匕高速公路"用以运送北部众多矿区所需的各种物资。尽符如此，在工程中,绝大多数情况卜•冰依然是作为不利因索来进行研究和讨论

5、的,各种各样不同程度的冰灾害成为众多冰匸程研究不須不面对的问题。根据冰的类型,水利匸程中的冰灾害大体分海冰灾害和淡水冰灾宙两类。甲期的海上结构物设计过程中■由F对冰灾害威胁估计过低.许务高寒地区都发生过海冰破坏海匕结构物的案例。例如,在阿拉斯加㈱克湾.冇两座海上钻井平台由于设计中忽略了冬季冰的作用力,K1964年均被海冰摧毁；H木J1960年在雅内港外声问崎海1：设置的灯标•因受到流冰的不停撞击,F1965年倒塌：1968年,在强烈海风作用F,莱州湾海冰爬上海岸和码头,推倒了数处龙口港码头围墙，严巫影响港口正常运行作业：1969年渤海特大冰封.造成了我国冇记载以來报为严取的一次海冰

6、灾松冰封期间，隶属于渤海石油公司的“海：井”«500t的钻井、牛活和设备平台在海冰的持续作用F倒塌,“海一井”平台直径25m的钢管结构支架拉筋全部被海冰剪断罔,包括塘沽、葫芦岛、营口和龙口等多个港口受海冰封锁而无法正常运营，海匕众多船只被闲于冰中，海上交通几乎瘫痪。在加近的2010年，严重的渤海冰灾育接造成的经济损失高达63.18亿元,占到全年海洋灾害总经济损失的47.6%,环渤海的辽宁、河北、山东和天津三省一市受灾人口6」万，船只损毁7157艘,港口及码头封冻296个,受损的海水养殖面积达20.8万公顷®。图1.2海冰中的船只Fig.1.2Shipintheseaice淡水冰帯來

7、的危角:工要发工在水用、河流等相关的水利11程上，且冰書的类型多样,发牛次数频繁，造成的后果也相当严需要给以关注和研究。淡水冰灾害的种类十分繁多，如水库冬季结冰和温度I••升产生的对护坡的冰推问题，水库水位变动引起冰盖対护坡的拉力、剪力破坏问题【⑼，河流流冰对水匸建筑物的挤压和山撞击造成的结构动力响应问题，凌汛造成的堤防决口问题等等，都会影响」F常的生产秩序。工程中，对于像流冰、冰排对结构物的动冰力危害，冰盖、冻上冻胀或热膨胀对约束结构物的静冰力危害,作为匸程安全的首