Учёные МФТИ рассчитали влияние ледяных линз на устойчивость железных дорог в Арктике
Казалось бы, ледяные линзы — главный враг железных дорог на вечномерзлых грунтах. Эти подземные образования изо льда способны разрастаться в толщу почвы, неравномерно приподнимать насыпь и деформировать рельсы. Всё это ставит под угрозу безопасность движения и затрудняет строительство путей в условиях Арктики.
Но теперь российские учёные нашли в них не только источник проблем, но и потенциальную опору.
В чём суть угрозы
Когда влажный грунт в Арктике промерзает, в нём возникают так называемые ледяные линзы — плотные слои льда, способные приподнимать рельсовое полотно. Под нагрузкой от поезда поведение этой системы становится непредсказуемым. Инженерная геология давно бьётся над задачей понять, как такие условия влияют на устойчивость дороги.
Что предложили учёные
Группа исследователей из МФТИ и Курчатовского института под руководством профессора Алены Фаворской провела вибрационный анализ путей на вечной мерзлоте. Для этого они использовали инновационный метод с применением так называемых химерных расчётных сеток.
"Мы использовали общую, фоновую сетку для грунта и балласта, а на неё "наложили" отдельную, высокоточную криволинейную сетку, которая идеально описывает геометрию ледяной линзы. Специальные алгоритмы затем "сшивают" эти сетки", — объяснил инженер МФТИ Евгений Песня.
Неожиданный поворот
Результаты оказались неожиданными: ледяные линзы действительно повышают давление на балластный слой на 13%. Но если конструкция выдерживает этот начальный пик напряжения, в дальнейшем линзы могут даже стабилизировать путь и предотвратить дальнейшую деформацию.
Как это поможет
Теперь стало ясно, что при правильном расчёте ледяные линзы можно не только учитывать, но и использовать в качестве элемента устойчивости. Этот подход особенно актуален для арктических и высокогорных регионов, где вечная мерзлота — постоянная проблема.
Уточнения
Инфраструкту́ра (лат. infra - "ниже, под" + лат. structura - "строение", "расположение") — комплекс взаимосвязанных обслуживающих структур или объектов, составляющих и обеспечивающих основу функционирования системы.