Введение

/>Введение

При проведении работ на плавучих ледяных полях зачастую возникает необходимость принять решение о возможности использования льдины в случае появления в ней трещин. Некоторые критерии для дальнейшего использования льдины при растрескивании приводятся в рекомендациях, сделанных трещин может быть ветер, приливо-отливные течения или волнение. Трещины, вызванные приливо-отливными явлениями, обычно наблюдаются в береговом припае в тех случаях, когда приливная волна поднимает ледяное поле выше уровня, на котором оно связано с берегом, или опускает ниже этого уровня. В таком случае трещины обычно проходят параллельно береговой линии на расстоянии от нее, определяющемся величиной «активного радиуса», который в свою очередь зависит от толщины льда. Как правило, такие трещины появляются неоднократно: лед трескается, затем трещина замерзает и через некоторое время появляется вновь; часто она оказывается заполненной водой и ширина ее может изменяться с течением времени.

Действие ветра и волнения, как правило, вызывают трещины в свободно плавающих льдах, например в арктических плавучих ледяных полях. Ветер и волны способствуют росту внутренних напряжений в ледяном поле, благодаря которым и возникают трещины и разрушения во льду. Величина появляющихся во льду напряжений зависит от его толщины, конфигурации (с учетом взаимного расположения участков, имеющих разное строение) и ряда других факторов, которые будут рассмотрены ниже. В защищенных районах, как, например, в Норд-Стар-Бэйе, такие трещины не появляются.

Поверхностные трещины. Помимо разрывов, проходящих через всю толщу ледяного поля, на его верхней и нижней поверхности могут возникать неглубокие трещины, причины появления которых мы рассмотрим ниже.

Термические трещины. Такие трещины появляются во льду особенно часто; их возникновение может объясняться двумя причинами: 1) резким изменением температуры воздуха, вызывающим быстрое охлаждение верхней поверхности льда (поскольку термические напряжения во льду могут возникнуть только за счет разности температур, нагревание верхней поверхности льдины не может вызвать появления трещин, так как нижние слои льда омываются морской водой и поэтому температура их всегда сравнительно высока.- Перев.), и 2) резким понижением температуры верхней поверхности льдины при исчезновении теплоизоляционного покрытия (в природных условиях роль такого покрытия обычно выполняет лежащий на льду снег, который может быть сдут ветром). Снижение температуры вызывает появление напряжений растяжения в поверхностных слоях льда, которые могут превысить прочность льда на растяжение; в этом случае во льду появляются трещины, которые могут иметь разную ширину (начиная от волосяных и до 1 дюйма) в зависимости от цикличности и гармонических параметров изменения температуры и толщины льда. Появление термических трещин особенно часто наблюдается в озерных льдах в холодные безоблачные ночи, когда излучение тепла с поверхности льда (радиационное охлаждение.- Перев.) вызывает резкое охлаждение верхних слоев льда и как следствие этого возникновение в них напряжений растяжения. В таких условиях растрескивание льда бывает весьма интенсивным.

Трещины, вызванные приложением нагрузок. Когда нагрузка на ледяное поле превышает прочность льда на разрыв (сопротивление разрушению), то, прежде чем лед разрушится, в нем появляются трещины. Эти трещины располагаются по радиусам, начинаясь у нижней поверхности льда; кроме них, на верхней поверхности льдины появляются кольцевые трещины. Такие разрушения наблюдались неоднократно; замечено, что они происходят в соответствии с аналитическими данными о распределении напряжений во льду. Наиболее изучено разрушение под нагрузкой озерного льда, так как он относительно тонок и на нем легче создать нагрузки, достаточные для разрушения. Появление трещин под действием нагрузки описано в литературе.

Появление трещин при снятии нагрузки. Ниже рассматривается возникновение трещин, которое наблюдалось после снятия нагрузки во время испытаний, проводившихся в Норд-Стар-Бэйе. По-видимому, эти трещины возникают благодаря остаточным напряжениям, действующим во льду после снятия нагрузки; остаточные напряжения являются результатом пластической деформации, позволяющей льдине сохранить вызванный давлением груза прогиб в течение длительного времени. Когда груз со льда убран, давление воды снизу стремится уменьшить прогиб и создает при этом растягивающие напряжения на поверхности, которые и заставляют лед трескаться, причем трещины располагаются по радиусам из точки, где ранее была приложена нагрузка. Таким образом, появление трещин во льду после снятия нагрузки наглядно свидетельствует о наличии постоянной деформации (пластического прогиба).

Наблюдения за появлением трещин в Норд-Стар-Бэйе. При испытаниях, проведенных в марте 1961 г. в Норд-Стар-Бэйе, естественная деформация льда и приземление на него самолетов вызывали появление трещин, возникновение которых обусловливается рядом причин. Одной из них, уже упомянутой выше, было появление новых мелких трещин или расширение старых при снятии нагрузки на лед. Можно, по-видимому, считать доказанным, что такие трещины образуются под действием давления воды снизу и остаточных напряжений. При периодической нагрузке эти напряжения каждый раз появляются вновь и способствуют появлению все новых трещин при каждом цикле. Следовательно, необходимо изучить такой фактор  как возможность увеличения числа и размеров этих трещин, поскольку в конечном итоге может наступить «усталость» льда, а затем и его разрушение. Не выяснив этого обстоятельства, приступать к подготовке района для интенсивного использования его в качестве посадочной площадки, по-видимому, нельзя.

Кроме только что описанных трещин, наблюдалось образование большого количества мелких волосяных трещин (вероятно, термического происхождения). Однако с уверенностью судить о причине их возникновения нельзя.

Наиболее крупные трещины наблюдались вдоль центральной линии взлетно-посадочной полосы; лед растрескивался и по краям полосы. Все трещины имели примерно такой вид. Центральная трещина обычно шла параллельно средней линии полосы, причем ширина ее у поверхности в некоторых местах достигала 1 дюйма, а длина — 5 тыс. футов, причем трещина начиналась у берега и доходила до середины полосы. Ширина трещины измерялась в пяти точках до и после каждой посадки самолета. Наблюдения в течение 10 суток показали, что ширина трещины (в пределах точности измерений 7зг дюйма) не изменялась ни в моменты посадки самолетов, ни по каким-либо другим причинам.

В двух случаях в местах пересечения трещин в течение ночи произошло вспучивание льда; лед поднялся на поверхность, повернулся относительно своего первоначального положения и за затем разрушился. Иногда по ночам наблюдалось также некоторое изменение конфигурации трещин, вызванное, по-видимому, явлениями температурного или приливно-отливного характера.

/> />

Читайте так же:

Комментарии запрещены.

Свежие записи