Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Взаимодействие вертикальных опор со льдом), страница 12

Имеется ряд важных среднемасштабных испытаний инденторов с площадями от 0,5 до 3,0 м2. Первый такой эксперимент был проведен в заливе Понд в 1984 г. [ ] в туннеле внутри айсберга. Аналогичный проект выполнен в проливе Байам в 1985 г. Обширная экспериментальная программа была выполнена на ледовом острове Гобсон Чойс [ ]. Измерялось распределение давлений при ледовом воздействии. Среднее местное давление в центре индентора было от 15 до 20 МПа. Индентор 4,5 м2 использовался в испытаниях с однолетним льдом в районе Резольют в 1993г. Национального исследовательского совета Канады и компании Sandwell Inc. of Calgary.

К сожалению, данные натурных измерений на реальные сооружения в большинстве случаев являются коммерческой информацией. Число измерений ледового давления на существующие сооружения сравнительно невелико в связи с их высокой стоимостью. Впервые измерения проводились на грунтовых островах в м.Бофорта. Первоначально измерялись деформации грунта и проводились качественные наблюдения за разрушением льда [ ]. Наблюдалось торошение льда, его консолидация вокруг острова, разрушение в результате изгиба и сжатия. Например, на острове Адго (глубина 2 м) измеренное максимальное давление было 0,9 МПа при толщине льда 1 м и скоростях 6×10-8с-1. Эффективная толщина острова увеличивалась. Размер зоны разрушения составляет 4-5 толщин льда.

В работе [  ] приведены подробные данные экспериментов, проведенных по вышеупомянутой программе. Испытывался озерный лед на севере о.Хоккайдо при D/h= 2,5; 14,3; 15,4 при скоростях 1,03-1,77 см/с. Отмечено, что первый пик циклической нагрузки максимальный для узких опор. Последующие пики не превышают первый. Расчетная нагрузка обычно определяется по первому пику. Для широких опор разрушение льда происходит неодновременно и контакт неполный. Разрушение льда происходило с образованием сколов. Получено, что отношение локального давления к прочности на одноосное сжатие следует распределению Вейбулла.

Камесаки К. и др. [ ] провели мелкомасштабные опыты с карбамидным и пресноводным льдом. Скорости были 5; 10; 16,7 мм/с. Чтобы разрушенный лед перед индентором не мешал визуализации процесса, ледяная плита располагалась вертикально. По результатам видеосъемки получено, что длина скола увеличивается с увеличением податливости индентора и уменьшается с увеличением его скорости (рис.3.15). Сделан вывод о том, что сколы происходят вверх и вниз и отношение длины скола к толщине льда составляет Lf/h= 0,4-1,0.

На основе анализ результатов экспериментальных исследований процесса взаимодействия ледяных полей с сооружениями можно сделать следующие выводы:

1. Около вертикальной опоры возможны несколько форм разрушения льда в зависимости от геометрических и физических параметров льда, диаметра опоры и скорости движения ледяного поля.

2. Лед разрушается на фрагменты определенных размеров, пропорциональных толщине льда, с вытеснением вверх и вниз. Длина зоны разрушения (скола) увеличивается с ростом податливости сооружения и уменьшается с увеличением скорости поля и лежит в пределах Lf/h= 0,4-1,0.

3. Передача давления при хрупком разрушении происходит через малую площадь. В начале процесса образуется начальная трещина, направление и величина которой зависят от геометрии контакта, напряженного состояния и прочностных свойств льда. Образование сколов имеет циклический характер. Далее образуются новые расходящиеся трещины. Сколы начинаются с поверхностных трещин, что подтверждается известным фактом, что при полировке поверхности прочность хрупких материалов увеличивается.

4. Вибрации под действием льда возможны не только для узких сооружений, но и для широких массивных.

5. Частота нагрузки увеличивается с увеличением скорости льда.