Исследователи из МФТИ и Курчатовского института провели вибрационный анализ железнодорожных путей в условиях вечной мерзлоты, что позволило им уточнить природу так называемых ледяных линз, одного из самых опасных проявлений вечной мерзлоты.
Результаты этих расчетов помогут сделать арктические железные дороги более безопасными, сообщил Центр научной коммуникации МФТИ.
"Проведенные учеными расчеты показали, что с одной стороны, ледяная линза создает опасный пик напряжений, который необходимо учитывать при проектировании. С другой, если конструкция способна пережить этот пик, то в дальнейшем наличие линзы может сыграть положительную роль, придавая дополнительную устойчивость железнодорожному пути", - говорится в сообщении.
К такому выводу пришла группа российских исследователей под руководством профессора МФТИ Алены Фаворской при изучении перспектив по сооружению транспортной инфраструктуры в российской Арктике. Одним из главных препятствий для ее сооружения является то, что при промерзании влажной почвы в ней образуются крупные ледяные включения, или так называемые ледяные линзы.
Эти линзы разрастаются и неравномерно приподнимают железнодорожную насыпь, что ведет к деформации рельсов и создают угрозу для безопасности движения. Предсказать, как поведет себя такая сложная система под нагрузкой от проходящего поезда, - одна из сложнейших задач инженерной геологии. Для ее решения российские исследователи применили созданную ранее им методику, которая опирается в своей работе на матрицы и химерные расчетные сетки.
"Мы использовали общую, фоновую сетку для грунта и балласта, а на нее "наложили" отдельную, высокоточную криволинейную сетку, которая идеально описывает геометрию ледяной линзы. Специальные алгоритмы затем "сшивают" эти сетки, обеспечивая корректный обмен информацией между ними", - пояснил инженер МФТИ Евгений Песня, чьи слова приводит Центр научной коммуникации вуза.
Проведенные подобным образом расчеты показали, что изначально ледяные линзы на 13% повышают давление на слой щебня, на котором лежат шпалы, однако при этом они могут работать и как рассеиватели, которые стабилизируют путь и предотвращают концентрацию напряжений. Этим можно пользоваться при сооружении железных дорог в российской Арктике или в высокогорных регионах, где царит вечная мерзлота, подытожили ученые.