Выбор наиболее вероятных физико-механических характеристик ледяного покрова

Проведенные исследования позволяют выбрать численные значения параметров, характеризующих прочностные свойства льда: модульупругости (модуль Юнга), модуль упругости при изгибе, коэффициентПуассона, пределы прочности льда при изгибе и плотностьльда в составе ледяного покрова. Однако значение этих величин сильно разнятся. Это можно объяснить использованием различных методик проведения экспериментов, влиянием масштабного а, несовершенством используемого оборудования, значительной зависимостью свойств льда от условий приготовления экспериментальныхобразцов, характера ледостава, химического состававоды, структуры и др.

Для оценки влияния физико-механических характеристик льда на НДС ледяного покрова вначале рассмотрим реально возможные диапазоны изменения интересующих параметров.

Плотность льда.

Плотность льда в значительной степени определяется структурой льда. Например, для столбчато-гранулированного льда р_л=900 кг/м³, а для зернистого полукристаллического р_л=850 кг/м³. Возможные диапазоны изменения плотности льда лежат в пределах р_л=800 917 кг/м³ или р_л=890 920 кг/м. В качестве среднего значения р_лдля речного льда при отрицательной температуре может быть принято значение р_л=920 кг/м³.

Плотность морского льда незначительно отличается от пресноводного, так приводятся возможные диапазоны этой величины p_л=830 930 кг/м и в качестве расчетного рекомендуется р_л=900 кг/м. По данным исследований В.В. Богородского [19], В.В. Лаврова [34], М.И. Серикова [37], В.Н. Смирнова [38] плотность пресноводного льда колеблется в пределах р_л=870 920 кг/м³, а для морского льда р_л=840 930 кг/м³.

Как видно из анализа величина плотности льда довольно стабильна и для морского льда лежит в пределах 840 930 кг/м³, а для пресноводного - в пределах 800 920 кг/м. Таким образом, реальный диапазон изменения плотности составляет 800 930 кг/м³, а наиболее вероятные значения плотности для морского льда составляет 920 кг/м³, для речного 900 кг/м.

Коэффициент Пуассона

Коэффициент Пуассона μхарактеризует отношение относительной поперечной к относительной продольной деформации и влияет на величину цилиндрической жесткости ледяной пластины D, т.е. на НДС ледяного покрова. Коэффициент Пуассона, так же как и плотность льда, изменяется в пределах узкого диапазона. Так, μ колеблется в пределах 0,31 0,36. Для льда из дистиллированной воды, не содержащей пузырьков газа, при разной температуре и атмосферном давлении по данным таб.3

Таб. 3. Коэффициент Пуассона для дистиллированной воды.

Коэффициент Пуассона соленого льда практически не отличается от речного. По рекомендации лаборатории ледотермики ВНИИГа им. В.Е. Веденеева для льда Финского залива, как для изотропного тела, можно принять μ = 0,4 при толщине льда 0,3м < h < 1,0 м [36]. Можно рекомендовать для пресноводного льда μ =0,42 0,34 .

М.И. Сериков [37] с помощью резонансного метода нашел, что μ пресноводного льда для диапазона температур от 0 до -31°С равно 0,414 0,327.

К.Ф. Войтковский [24] приводит значения коэффициента Пуассона для пресноводного льда, определенные Б.П. Вейнбергом, Б.Д. Карташкиным и Б.А., Савельевым, изменяющиеся от 0,23 до 0,47 (наиболее вероятные значения 0,34 0,36).

Таким образом, зависимость коэффициента Пуассона от температуры, солености и др. факторов мало заметна. Объясняется это, по-видимому, тем, что μхарактеризует отношение величин деформации, каждая из которых меняется одинаково в зависимости от ледовых условий.

Для теоретических исследований диапазон изменения μможет быть принят 0,30 0,43, а наиболее вероятные значения для пресноводного льда 0,35, для морского 0,33.