Liikkuva jää aiheuttaa suuria kuormia arktisille merirakenteille jään murtuessa rakennetta vasten. Monet näistä rakenteista ovat rakennettu matalaan veteen, mikä vaikuttaa kuormitusprosessiin. Murtumisprosessi matalassa vedessä sisältää monimutkaisia vuorovaikutuksia jäälautan, prosessissa syntyneiden jäälohkareiden, rakenteen sekä merenpohjan välillä.

Tässä työssä tutkitaan jää-rakenne-vuorovaikutusta leveää kaltevaseinäistä matalan veden rakennetta vasten käyttäen kaksiulotteista yhdistettyä diskreetti- ja elementtimenetelmää (FEM-DEM). Menetelmässä ehjä jäälautta mallinnetaan epälineaarisena Timoshenko-palkkina ja sen murtuminen pienempiin osiin mallinnetaan koheesiomurtumamallia käyttäen. Kontaktivoimat jäälohkareiden, rakenteen ja merenpohjan välillä lasketaan diskreettielementtimenetelmällä. Tämän työn simulaatioissa varioidaan rakenteen kallistuskulmaa, jään paksuutta ja veden syvyyttä, jotta niiden vaikutusta jäävallin pohjautumiseen ja jään kuormitusprosessiin voitaisiin tutkia.

Simulaatioiden tulokset osoittavat, että jäävallin pohjautuminen aiheuttaa suurempia kuormia rakenteella kuin kelluva jäävalli. Kuorma rakenteella kasvaa jään paksutessa ja veden syvyyden kasvaessa. Sen lisäksi suurempi rakenteen kallistuskulma johtaa suurempiin kuormiin rakenteella koko simulaation ajan. Kuormi- tustapahtumat rakenteella liittyvät jään ylösajotilanteisiin ja voima rakenteelle välittyy niin sanottua voimaketjua pitkin. Myös jään ajautuminen rakenteen päälle on todennäköisempää matalassa vedessä.

Kuormien sekä jää yliajautumisen todennäköisyyden kasvaminen matalassa vedessä johtuu merenpohjan tuesta. Äkilliset kuormanpudotukset rakenteella johtuvat voimaketjun nurjahtamisesta. Kun jäävalli on pohjautunut, merenpohja tukee voimaketjua alapuolelta ja jäävalli voimaketjun päällä tukee sitä yläpuolelta.