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黄河冰凌灾害是我国冬春季节大江大河中最突出、最重大的自然灾害之一，其中,黄河内蒙古河段开河已成为凌汛防治工作的重点和难点。河冰是一种非均质的准脆性材料，其内部含有气泡、夹杂等微观缺陷，物理力学性能复杂多变，河冰断裂性能及破坏机理的研究对开河认知至关重要。因此以封冻期内蒙古河段河冰作为研究对象，考虑河冰晶粒、内部缺陷等细观组分影响，在细观和宏观多重尺度研究河冰断裂性能，揭示黄河冰断裂机理，为开河预报及凌汛灾变防控提供科学依据，主要工作内容和成果如下：
（1）黄河冰细观结构特征定量分析。以黄河内蒙古典型河段凌汛期的河冰作为研究对象，结合光学显微技术和图像分析技术，开展了两个年度黄河冰的细观结构试验，分析了河冰细观各组分的分布规律，明晰了黄河冰的细观结构特征，提取并量化了冰晶粒尺寸、气泡杂质含量和晶粒方向。
（2）黄河冰单轴压缩力学性能和断裂性能试验研究。开展了黄河冰的单轴压缩试验、巴西圆盘劈裂试验和断裂韧性试验，研究了晶体结构、温度、加载速率、加载方式、试样尺寸等因素对河冰破坏过程及力学性能的影响，掌握了黄河冰的单轴压缩力学性能及断裂性能，探究了黄河冰组成结构与宏观性能间的关系。
（3）黄河冰开裂过程细观数值分析。结合黄河冰细观结构和力学性能试验结果，将河冰看作由冰晶粒、冰晶界和初始缺陷组成的三相复合材料，采用有限元方法，建立了黄河冰单轴压缩、巴西圆盘劈拉和三点弯曲断裂的细观数值模型，分析了河冰断裂过程的影响因素，模拟了河冰在单轴受压、圆盘劈裂和三点弯曲等不同加载方式下的开裂破坏过程，结合巴西圆盘试验和断裂韧性试验结果，分析了晶粒尺寸、冰样尺寸、缝高比等因素对黄河冰断裂性能的影响规律，验证了数值模型的合理性和有效性。
（4）基于多重尺度的黄河冰断裂性能研究。基于区域分解多尺度方法，构建了河冰断裂的多尺度计算模型，结合边界效应理论，分析了黄河冰断裂性能的尺寸相关性，确定了尺寸无关的黄河冰断裂韧度材料参数。
（1）黄河冰细观结构特征定量分析。以黄河内蒙古典型河段凌汛期的河冰作为研究对象，结合光学显微技术和图像分析技术，开展了两个年度黄河冰的细观结构试验，分析了河冰细观各组分的分布规律，明晰了黄河冰的细观结构特征，提取并量化了冰晶粒尺寸、气泡杂质含量和晶粒方向。
（2）黄河冰单轴压缩力学性能和断裂性能试验研究。开展了黄河冰的单轴压缩试验、巴西圆盘劈裂试验和断裂韧性试验，研究了晶体结构、温度、加载速率、加载方式、试样尺寸等因素对河冰破坏过程及力学性能的影响，掌握了黄河冰的单轴压缩力学性能及断裂性能，探究了黄河冰组成结构与宏观性能间的关系。
（3）黄河冰开裂过程细观数值分析。结合黄河冰细观结构和力学性能试验结果，将河冰看作由冰晶粒、冰晶界和初始缺陷组成的三相复合材料，采用有限元方法，建立了黄河冰单轴压缩、巴西圆盘劈拉和三点弯曲断裂的细观数值模型，分析了河冰断裂过程的影响因素，模拟了河冰在单轴受压、圆盘劈裂和三点弯曲等不同加载方式下的开裂破坏过程，结合巴西圆盘试验和断裂韧性试验结果，分析了晶粒尺寸、冰样尺寸、缝高比等因素对黄河冰断裂性能的影响规律，验证了数值模型的合理性和有效性。
（4）基于多重尺度的黄河冰断裂性能研究。基于区域分解多尺度方法，构建了河冰断裂的多尺度计算模型，结合边界效应理论，分析了黄河冰断裂性能的尺寸相关性，确定了尺寸无关的黄河冰断裂韧度材料参数。