Учитывая условия взаимодействия льдины и сооружения, а также характер разрушения льда [13, 15, 16, 25], можно предположить, что затраты кинетической энергии движения льдины при прорезании льда опорой сооружения можно выразить как сумму затрат энергии разрушения льда в объёме образовавшейся прорези. За расчётную единицу прочности морского льда в этом случае можно принять энергию, затрачиваемую для разрушения единицы его объёма – удельную энергию разрушения eq. В этом случае данная величина будет интегральной характеристикой, которая учтёт энергию трещинообразования в массиве льда, сколы льда у поверхностей ледяной плиты, а также смятие льда в зоне непосредственного контакта поверхности опоры сооружения со льдом.
Целью настоящего исследования является комплексная задача проверки гипотезы о том, что минимально необходимое количество упругой энергии, высвобождающейся вследствие хрупкого разрушения льда и приходящейся на единицу его объёма (eq), является величиной постоянной для этого материала. Подтверждение этой гипотезы сделает возможным определение расчётных значений ледовой нагрузки адекватных реально прилагаемой к сооружению силы давления льда. Для достижение цели необходимо решить три задачи: дать теоретическое обоснование метода и разработать способ экспериментального определения энергетической характеристики прочности eq , а также исследовать её стабильность при изменении различных природных факторов и параметров конструкции сооружения.
В настоящее время считается установленным, что процесс прорезания опорой сооружения движущегося ледяного поля (и передача нагрузки на сооружение) имеет циклический характер [14, 16, 21, 24, 25]. Из результатов наблюдений многих исследователей за развитием процесса внедрения опоры в ледяное поле в натурных условиях и в лабораториях можно достаточно достоверно описать «типичную» картину развития разрушений льда.
Каждый цикл изменения нагрузки на сооружение (цикл разрушения льда в месте контакта льдины с поверхностью опоры) состоит из постоянно повторяющихся этапов этого сложного процесса. Разрушение льда в течение одного цикла происходит в три этапа, которые чередуются и каждый из которых также состоит из самостоятельных непрерывно протекающих процессов (Рис. 1).
Первый этап «типичного» цикла – нарастание нагрузки до критической. Продвижение ледяного поля вперед приводит к увеличению контактных напряжений на поверхности опоры сооружения и, соответственно, к увеличению напряжений в объёме льда, который расположен в непосредственной близости к опоре сооружения. Здесь следует заметить, что между поверхностью опоры сооружения и поверхностью льда имеется плотный контакт. Он обеспечивается слоем продуктов разрушения льда, образовавшихся на начальном этапе контакта, спрессованных до высокой плотности и осуществляющих передачу кинетической энергии ледяного поля опоре сооружения (позиция 1 на рис.2). Явление образования всесторонне сжатого объёма разрушенного материала полупространства под поверхностью внедряющегося в него твёрдого тела хорошо известно в механике горных пород и механике грунтов [2, 8, 23]. По внешней границе всесторонне сжатого объема продуктов разрушения льда происходит передача энергии не разрушенному массиву льда. Эта поверхность может быть условно названа «поверхностью разрушения» (позиция 4 на рис. 2).
В начале первого этапа (участок кривой О-А на рис. 1) происходит накопление упругих деформаций в толще ледяного поля. При этом в массиве льда выделяется активная зона всестороннего сжатия, в которой в результате контактных процессов происходит перераспределение кинетической энергии ледяного поля в упругую энергию, накапливаемую в массиве льда. Размеры активной зоны зависят от многих факторов: диаметра опоры; толщины ледяного поля и его скорости; температуры льда и его структуры.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.