Page 36 - 2021年第52卷第9期

140 120
（kPam 1/2 ） 120 （kPam 1/2 ） 100

100
断裂韧度/ 80 断裂韧度/ 80

60
60
40
40
20
-10 -8 -4 -2 -8 -4 -2
温度/℃ 温度/℃
（a） 温度对柱状冰断裂韧度的影响 （b） 温度对粒状冰断裂韧度的影响
图 9 温度对黄河冰断裂韧度的影响

下的结果，这是由于两者的温差较小，以及试
180
样本身的差异，例如气泡含量、初始裂纹等因
160
素所导致。 140
将本文试验测得的不同温度下黄河冰的断 （kPam 1/2 ） 120
裂韧度与 Deng 等 ［34］ 、Liu 等 ［35］ 的试验结果进行 100
比较，如图 10 所示。Liu 等 ［35］ 的试验采用了蒸 断裂韧度/ 80

馏 水 制 造 而 成 的 柱 状 冰 ， 加 载 速 率 为 1.6 × 60
40 本文试验
10 s 。可以看出，在-30℃～-1℃范围内，断 dengetal（2019）
-3 -1
20 Liu H W，et al（1979）
裂韧度随着温度的升高呈降低趋势。表 4 展示
0
-15
了 三 次 试 验 在 不 同 温 度 区 间 的 断 裂 韧 度 平 均 -30 -25 -20 温度/℃ -10 -5 0
值，在-12℃～0℃时，Liu 等 ［35］ 试验得到的断裂 图 10 断裂韧度温度效应试验结果比较
韧度略高于本文试验的结果，这是由于 Liu 等 ［35］ 试验使用的人工柱状冰，而本文试验采用了两种晶体
结构的冰试样。相比黄河冰，人工柱状冰不含泥沙颗粒，气泡含量也较低，这导致其断裂韧度偏
大。Deng 等 ［34］ 采用黄河冰进行了巴西圆盘试验，得到的黄河冰断裂韧度略低于本文试验的结果，这
是由于两种试验的具体试验方法有差异，且 Deng 等 ［34］ 试验采用的加载速率（10 s ～10 s ）略高于本
-5 -1
-1 -1
文试验的速率。虽然试验条件的不同导致了断裂韧度值的不同，但断裂韧度随温度的变化而变化的
趋势基本一致，冰断裂韧度和温度的关系可拟合为如下的线性函数：
K IC = -2.14T + 77 （3）
式中 T 为温度，℃。

表 4 不同温度区间的断裂韧度平均值

试验结果 Deng 断裂韧度/（kPam ） Liu 断裂韧度/（kPam ） 本文试验断裂韧度/（kPam ）
1/2
1/2
1/2
-12℃~-9℃ 74.7 116.3 105.1
-9℃~-6℃ 65.1 - 99.3
-6℃~-3℃ 61.7 110.5 90.0
-3℃~-0℃ 76.9 92.0 88.6

图 11（a）和图 11（b）展示了柱状冰和粒状冰断裂韧度随加载速率的变化，柱状冰试样随着加载
速率的增加，断裂韧度平均值分别为 114 kPam 、112 kPam 、106 kPam 、93 kPam 、89 kPam 、
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
62 kPam ，加载速率在 10 s ～10 s 时，断裂韧度随着加载速率的增高呈降低趋势，加载速率小于
-3 -1
1/2
-5 -1
10 s 时，断裂韧度的下降趋势较缓。粒状冰试样断裂韧度的变化规律与柱状冰试样相似，即在加载
-5 -1
速率较高时随着加载速率的升高而降低，在低加载速率时下降趋势减缓。在相同加载速率下，粒状
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