东北地区冬季气候寒冷,河渠、水库等水工建筑物在冬季受气温影响逐渐封冻,由于结冰形成的冰盖会产生损害水工建筑物的静冰荷载。当冰层达到一定厚度时,随着温度的升高,冰层会产生冰温度膨胀力,对水工建筑物以及水库护坡产生破坏,从而影响水库的安全运行。为了对冰荷载以及冰温度膨胀力进行更好的研究,利用水库所取得的天然淡水冰,针对冰荷载的一个重要参数即淡水冰的单轴压缩强度进行了试验研究并对相关影响因素进行了分析。利用了低温环境模拟实验室进行了冰温度膨胀力变化过程的室内模拟试验,重现了野外冰温度膨胀力的产生过程,并对冰温度膨胀力的相关影响因素进行了分析,得到了以下结论:(1)水库的冰盖形成受到野外多种因素共同影响,利用冰厚预测模型可以很好的对冰厚的变化过程进行很好的预测,冰厚度的变化也是冰温度膨胀力产生的主要原因之一。利用破冰开槽法、塑料薄膜引滑法、改进护坡结构、放置冰上沉排、调节水位、防止结冰等方法都可以对水库的冰推破坏起到相应的防治作用,且每种防护方法都有着相应的优缺点,可以为水库的安全运行提供保障。(2)对所取的水库淡水冰进行了单轴压缩强度试验,针对柱状冰进行了冰样加工以及试验研究发现,水库冰在不同的应变速率下表现出不同的破坏形式,存在脆性破坏、鼓胀破坏以及剪切破坏的多种形式。不同的应变速率对应明显的韧性区、脆性区以及韧脆过渡区。通过冰单轴压缩强度极值以及应力-应变曲线可以很明显的看出,冰的单轴压缩强度随着应变速率的变化呈现先升高后降低的趋势,且冰样在韧性区与脆性区的抗压强度均与应变速率存在幂函数关系。通过四个不同温度的试验,发现了温度也是影响冰单轴压缩强度的主要因素,且温度对冰单轴压缩强度影响明显。温度越低,冰的单轴压缩强度峰值越大。韧脆过渡区随温度的降低向低应变速率偏移。在相同的应变速率下,冰单轴压缩强度随着温度的降低而增大,且冰的单轴压缩强度极值与冰温度的绝对值之间有很好的对数关系。由于柱状冰具有各向异性,不同的加载方向对冰的单轴压缩强度也存在影响,沿冰厚生长方向加载的单轴压缩强度要明显大于垂直于冰厚生长方向加载的单轴压缩强度。(3)利用低温环境模拟实验室进行了室内模型试验,对冰温度膨胀力的变化过程进行了室内模拟。通过模拟实验与野外对比可以发现,冰温度膨胀力出现在春季升温阶段,出现极值时,此时环境温度为-2.14℃,室内试验的结果与野外相吻合,得到了较为理想的结果,可以为野外工程施工提供理论支持。试验过程中冰的温度以及水温都出现明显的分层现象,试验后期由于环境温度升高并加入光照补偿使得表面温度波动较大,冰温度膨胀力随着冰温的升高而逐渐增大,在冰温度膨胀力达到最大值时,冰温为-1.9℃,试验后期冰温度膨胀力降低但冰温仍在升高,说明冰温度是冰温度膨胀力的影响因素之一。通过室内模型试验可以得出,冰温度膨胀力是在升温阶段产生,先快速升高,之后增长速度减慢,说明冰温度膨胀力与温升速率有关。恒低温阶段,冰温度膨胀力相对于极值很小,可以忽略不计。冰温度膨胀力沿垂直方向的分布是上层大,下层小,呈倒三角形分布。室内模型试验最大冰厚为10.65cm,最大冰温度膨胀力为118.7k Pa,最大冰温度膨胀力发生在3.5cm处。冰温度膨胀力的作用点为冰盖板整体的1/3处。(4)通过在低温环境模拟实验室内,利用线性控温条件进行不同温升速率下的冰温度膨胀力观测,可以看出,冰温度膨胀力受温升速率影响较大,冰温度膨胀力随着温度升高呈现先升高后降低的变化趋势,且升温速率越快,产生的冰温度膨胀力越大。利用室内模拟可以很好的进行控制变量,得到了不同冰厚与不同初始温度条件下的冰温度膨胀力产生以及变化情况,发现冰温度膨胀力与冰厚以及初始温度存在关系。初始温度相对较低会产生较大的冰温度膨胀力。针对不同的冰厚来说,冰盖板较薄,对于温度的反应相对敏感,因此产生冰温度膨胀力的过程也相对较早,说明热量在冰内是从上向下传递。冰厚越大,产生的冰温度膨胀力也相对较大。