冰上石籠自然沉排的冰熱力學和力學理論及應用

李春江，李志軍，楊 宇，王慶凱，張寶森，鄧 宇

（1.大連理工大學 海岸和近海工程國家重點實驗室，遼寧 大連 116024；2.沈陽工程學院 基礎教學部，遼寧 沈陽 110136；3.黃河水利委員會 黃河水利科學研究院，河南 鄭州 450003；4.水利部堤防安全與病害防治工程技術研究中心，河南 鄭州 450003）

1 研究背景

利用寒區結冰河道，實施冰上石籠沉排是一種因地制宜且有效的河道岸坡防護技術［1］，它分為自然沉排和強迫沉排。自然沉排主要等待春季氣溫升高，冰層升溫和融化，石籠排體自然沉入河底；強迫沉排主要依靠人工破冰沉放石籠排體。1980年以來，中國東北地區河流相繼應用冰上石籠自然沉排（以下簡稱“石籠沉排”）技術，例如：1986年在遼河的二龍眼、蘭旗、李河套、平安堡和楊家窩5 處應用冰上石籠沉排實施護岸工程［2］；1998年冬季在松花江的蘇家工程600 m 崩岸段采取40 cm 厚石籠沉排護岸［3］；2003年3月在嫩江白沙灘險工處布放寬度15 m，總面積49 500 m2石籠沉排［4］。鐘華等［5］系統總結了冰上石籠沉排的制作、連接、錨固、壓載和沉放等工藝。汪恩良等［6］綜述冰上石籠沉排在寒區護岸工程應用的研究進展。總的來說，冰上石籠沉排施工首先方法簡單，易掌握，節約投資；其次，具有良好的整體性和柔性，能很好自適應邊坡及河床地形起伏，防護效果好。

冰上石籠沉排的工程應用涉及冰層承載力，冰層承載力是以板殼力學為基礎發展起來的，國內外已有相關報道。中國學者1986年在遼河開展了不同冰厚條件下冰上石塊壓載試驗，得到冰厚與極限荷載的關系曲線［2］。……