Морской лед образуется при замораживании морской воды. Его механические или другие свойства часто сравнивают со свойствами пресноводного льда из-за большого количества опубликованных трудов в этой области. Однако, свойства морского льда отличаются от пресноводного главным образом из-за содержания рассола и присутствия воздушных карманов. При формировании ледяного покрова, сначала образуется тонкий начальный слой из очень мелких зерен с произвольной ориентацией. Этот слой может быть толщиной от нескольких миллиметров до 15 см. Ниже этого начального слоя, микро- кристаллы растут вертикально, вытесняя рассол, растворенный в воде. Эти кристаллы размером приблизительно 1 мм по ширине с горизонтальной оптической осью. Вытесненный рассол оказывается заключенным в соляных карманах, которые присутствуют между кристаллами льда пресной воды как показано на рис. 2 а. и 2b. Эти соляные карманы имеют размер около миллиметра в диаметре. Рост такого конгломерата из кристаллов пресного льда и соляных карманов ограничен по горизонтали другими подобными множествами. Данный конгломерат можно рассматривать как зерно, с границами как показано в рис. 2а. На макроскопической шкале, полученная структура есть результат сближения вертикального зерна (отсюда название столбчатый лед) которые включают рассол, как показано в рис. 2с.
Рис. 2. Макроструктура столбчатого морского льда. (а) Горизонтальный срез для S2 или S3 типа льда; (b) Направление оптических осей кристаллов морского льда; (с) столбчатый морской лед; (d) пространственная анизотропия в столбчатом морском льде.
Для морского льда S2-типа характерна произвольная ориентация оптической оси в горизонтальной плоскости, в то время как для S3-типа характерно строгое направление для оптической оси. Рисунки 2b и 2с показывают разность между S2 и S3 типами. В то время как морской лед типа S2 составляет большую часть льда в Арктике, присутствие морского льда типа S3наблюдается в значительном количестве в некоторых районах. В любом случае, морской лед типа S3 появляется в ледяных покровах, толщина которых превышает 800 см, и возможно, что присутствие морских течений отвечает за существующую ориентацию кристаллов.
Исследуя природу технических задач, связанных с морским льдом, вполне естественно рассматривать лед как материал, имеющий однородную и непрерывную структуру. При таком подходе необходимо тщательно следить за тем, чтобы размер зерна был мал по сравнению с размером образцов при испытаниях на цилиндрах или балках из морского льда. Кроме того, необходимо принимать во внимание и влияние неоднородности, следовательно, результаты лабораторных испытаний не могут прямо применяться для моделирования поведения льда в пространстве.
Морской лед рассматривается как однородный материал и в горизонтальных и вертикальных плоскостях. Однако, можно предположить, что материал является ортотропичным в лучшем случае как показано на рис. 2d.
Механические свойства морского льда могут быть разделены на две различных категории: связанные с краткосрочным поведением, и связанные с длительным поведением. Краткосрочные свойства зависят от температуры, скорости нагружения, пористости, зернистости, и содержания рассола, а также ориентации кристаллов. Длительные свойства зависят от вышеупомянутых параметров за исключением того, что скорость нагружения заменена продолжительностью нагрузки и уровнем приложенного давления (или скоростью деформации), который обычно держится постоянным в течение нагрузки.
Оценка механических свойств требует определения параметров, которые влияют на величину прочности и основное поведение морского льда. Для различных целей измерение прочности обычно выполняется с помощью ряда лабораторных или полевых испытаний. Рисунок 3 показывает наиболее общие типы проводимых испытаний.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.