Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Феноменологическая модель процесса разрушения ледяной плиты на контакте с сооружением), страница 7

Содхи Д.С. и Моррис С.Е. [345] провели серию опытов в ледовом бассейне Исследовательской инженерной лаборатории холодных районов армии США, г.Гановер. В данной серии опытов была предпринята попытка более детального изучения изменения коэффициента смятия при различных параметрах D/h и v/h.

Опыты выполнялись в бассейне длиной 34 м, шириной 9 м при глубине воды 2.4 м и температуре воздуха -25оС, при проведении экспериментов съемные жесткие модели опор диаметром D = 0,1; 0,15; 0,2; 0,3; 0,4 и 0,5 м жестко крепились к модели и подвижному устройству - тележке, с помощью которой модель передвигалась, прорезая ледяное поле толщиной 0,05-0,08 м со скорость 0,01-0,21 м/с. Модельный лед - карбамидный (0.84¸0.93%) со столбчатой структурой. Всего было выполнено 148 опытов.

Во всех опытах разрушение ледяного поля вокруг моделей цилиндрической формы, вне зависимости от их диаметра, носило хрупкий характер в результате образования ряда горизонтальных трещин, параллельных поверхности ледяного поля. Отмечается, что этот вид разрушения наиболее характерен для случая взаимодействия полей с опорами большого диаметра, когда лед формируется в условиях стесненного сжатия.

Ямашита М. и др. [445] провели лабораторные опыты на специальном стенде, где в качестве модельного льда использовался тонкий натурный лед с побережья о.Хоккайдо. Модели опор плоской и цилиндрической формы (диаметром D=0,2-0,39 м) вдавливались с помощью гидравлической установки в ледяную плиту толщиной 0,04 м со скоростью v= 0,2; 2; и 20 мм/с, что соответствовало значениям относительной скорости деформации ледяного поля = v/2D перед моделью в пределах = 10-4¸10-1 с-1. В опытах измерялось локальное и глобальное давление льда, изучался характер разрушения льда и влияние условий контакта льда и опоры на значение ледовой нагрузки.

В начальной стадии нагружения пиковое значение глобальной нагрузки F1max было выше, чем аналогичное значение нагрузки F2max при последующих циклах нагружения на стадии прорезания опоры в лед. Пиковое значение принималось как значение ледовой нагрузки F1max, наиболее характерное при длительных разрушениях льда смятием в реальных условиях.

При разрушении льда смятием образуются сколы кромок льда и эффективная толщина контакта h¢ зависит от скорости деформации ледяного поля (рис.3.12)

                               (3.5)

Рис.3.12. Зависимость эффективной толщины льда

от скорости деформации по Ямашита М. и др. [445]

Эксперименты показывают, что с увеличением скорости нагружения эффективная толщина ледяной пластины уменьшается, т.к. растут размеры зоны разрушения льда перед опорой.

Схема несимметричного скола со смятием, принятая на основании наблюдений за разрушением льда перед цилиндрическими и призматическими сваями в Амурском заливе, описана в работе Занегина В.Г.

[96]. На рис.3.13 показана схема образования призм скола при использовании критерия Кулона-Мора.

Рис.3.13. Схема образования призм скола и

график ледовой нагрузки по Занегину В.Г. [96].

Разрушение льда происходит первоначально путем сжатия льда по контакту на величину d1. Затем происходит сдвиг объема льда под некоторым углом разрушения. Потом начинается смятие льда на длину, равную эффективной толщине льда, до момента, когда вертикальный размер контакта достигнет эффективной толщины. В этот момент сила достигает значения, достаточного для сдвига следующего фрагмента льда. Затем процесс повторяется. Как показывают исследования других авторов, выпирание обычно происходит одновременно вверх и вниз.

В работе [308] приводится попытка обоснования выражения (3.5) в виде:

                                      (3.6)

где коэффициент a согласно экспериментальным данным равен 7-10 с.

В работе [341] в опытах с модельным льдом при D/h< 1 получена эффективная толщина льда, равная 1/3 толщины льда. В работе [308] отмечается, что угол разрушения зависит от отношения D/h. Для интерпретации результатов экспериментов использована гипотеза зависимости угла разрушения от угла внутреннего трения как, например, для грунтов.