北极地区丰富的油气资源使其成为目前世界能源开发的热点地区,然而北极地区纬度高,常年处于寒冷条件下,为了油气资源的安全清洁开采,对工程技术提出较高要求。我国冰力学的发展相对国外较晚,且我国位于北极圈以外,缺乏海上极寒工程的经验,对极地冰载荷的深入研究,能够掌握寒区核心技术以实现极地资源自主开发。通过归纳总结巴伦支海与喀拉海的海冰环境条件,给出北极海域一般冰期、平整冰厚以及冰速范围。基于现有规范及北极科学考察实地测量所得数据,明确北极地区海冰生消规律,北极地区海冰盐度、密度和冰温范围。采集黄渤海冬季自然海冰开展单轴压缩试验和弯曲试验,发现海冰单轴压缩强度在韧脆转变区具有明显的尺寸效应,基于Timco的海冰强度计算公式,分析得到了宽适用范围内修正的海冰压缩强度与弯曲强度的多因素函数关系式。利用离散单元法对冰与宽结构相互作用过程进行数值模拟研究,结合渤海沉箱平台以及北极海洋平台现场实验数据验证了离散元对海冰动力学过程模拟的正确性。分析了海冰与宽体直立结构相互作用的破坏模式,发现冰厚大于0.2m海冰以挤压破坏为主,冰速高于0.05m/s,以挤压破坏和混合破坏为主。随着结构宽度变大,海冰由挤压破坏为主向以混合破坏为主转变,挤压破坏非同时性更加突出。对比分析了规范和科研人员给出的极值静冰力公式,基于离散元分析详细讨论了冰速、冰厚、结构宽度等因素对冰载荷的影响,得到宽结构极值静冰力的分段计算模型。分析宽大结构前破碎冰的堆积行为特征,发现冰在破碎后趋于向下排出,在水面以下更容易发生堆积,碎冰堆积区高度和宽度随着冰与结构相互作用时间增加而不断增大。针对宽大结构的局部冰载荷进行了离散元数值模拟,与ISO规范提供的现场实测数据进行对比,结果表明离散元数值方法能较好地模拟海冰与结构相互作用过程中的局部冰载荷变化。宽结构整体上海冰发生非同时破坏,在接触面局部区域会发生局部同时破坏形成高压区。局部冰压力的极值发生位置在空间和时间上的分布是随机的,冰板中心位置的海冰局部冰压力较大,边缘压力值较低。研究发现局部冰压力不仅和面积有关,还与局部区域相对冰厚位置相关,引入h/w_L无量纲参数分析后得到局部冰压力与冰厚、面积同时相关的计算公式。本文的研究成果表明在缺乏现场监测及实验室试验时,可以采用离散元数值方法对局部冰载荷进行研究,对寒区宽体结构的抗冰设计及安全保障提供一定的理论依据。