Лёд и Снег · 2021 · Т. 61 · № 4

УДК 551.326.7

doi: 10.31857/S2076673421040108

Оценка пределов прочности льда на одноосное сжатие в Охотском море

по данным измерений и расчётов

Государственный океанографический институт имени Н.Н. Зубова, Москва, Россия

*godetskiystas@ya.ru

Estimation of ice strength limits for uniaxial compression in the Sea of Okhotsk according

to measurements and calculations

S.V. Godetsky*, O.V. Kokin, O.A. Kuznetsova, A.S. Tsvetsinsky, V.V. Arhipov

N.N. Zubov’s State Oceanographic Institute, Moscow, Russia

*godetskiystas@ya.ru

Received December17, 2020 / Revised September 22, 2021 / Accepted October 4, 2021

Keywords: first-year ice, sea ice, sea of Okhotsk, uniaxial compressive strength.

Summary

The data on the strength of sea ice obtained in the course of explorations in the Sea of Okhotsk are compared with

the results of calculations for the purpose to test the applicability of analytical methods to the conditions of this Sea.

Two groups of samples were used to determine the ice strength limit. The first group included samples obtained from

smooth drifting ice fields, and the second one were samples obtained from ice blocks similar to hummocks on a sur-

face of an ice field. The measured characteristics of the temperature and electrical conductivity of ice were used in

calculations using empirical formulas. The calculated values of the ice strength limits were compared with the mea-

surements. Note, that application of the ISO 19906:2008 methodology (International Technical Standard) provided

greater variety of strength values of both smooth and hummocky ice, and the SP 38.13330.2012 methodology (Rus-

sian Technical Standard) underestimated the values. The algorithms from the «Guidelines for Calculating Ice Strength

Limits» are suitable for estimating mean values, but do not provide comparable root-mean-square deviation values

with real data of direct measurements. The results of calculating the strength characteristics allow us to conclude that

to obtain the extremely possible strength values the direct measurements (field tests) are necessary. ISO 19906:2008 is

most suitable for estimating the values of smooth ice from the methods under consideration, and the algorithm from

the «Methodical Letter on calculating Ice Strength Limits» is better to use for an average assessment of ice blocks.

Citation: S.V. Godetsky, O.V. Kokin, O.A. Kuznetsova, A.S. Tsvetsinsky, V.V. Arhipov. Estimation of ice strength limits for uniaxial compression in the Sea of

Okhotsk according to measurements and calculations. Led i Sneg. Ice and Snow. 2021, 61 (4): 561-570. [InRussian]. doi: 10.31857/S2076673421040108.

Поступила 17 декабря 2020 г. / После доработки 22 сентября 2021 г. / Принята к печати 4 октября 2021 г.

Ключевые слова: морской лёд, однолетний лёд, Охотское море, предел прочности на одноосное сжатие.

Впервые для дрейфующего льда Охотского моря проведено сравнение измеренных и рассчитан-

ных по инженерным методикам значений прочности морского льда на одноосное сжатие. Про-

анализирована точность российских и зарубежных алгоритмов расчёта с учётом региональной

особенности ледовых условий. Сделан вывод, что средние значения прочности льда удовлетвори-

тельно воспроизводятся при помощи алгоритма В.В. Богородского, в то время как максимальные

значения прочности более точно рассчитываются по методике ISO 19906:2008.

Введение

при проектировании техногенных конструкций на

шельфе необходимо учитывать прочность морского

Один из ключевых факторов, влияющих на без

льда [4, 5]. Алгоритмы для расчёта прочности льда,

опасность хозяйственной деятельности в россий

описанные в методических руководствах, базиру

ских морях, - морской лёд [1]. Свойства льда зави

ются на материалах полевых исследований, выпол

сят от многих параметров: температуры, солёности,

ненных преимущественно в Арктических морях,

пористости, прочности, плотности, наличия ми

или на данных лабораторных экспериментов.

неральных и органических включений и т.д. Эти

Главная проблема искусственных опытов -

характеристики существенно меняются в зависи

сложность воссоздания всех условий и факторов,

мости от условий формирования льда [2, 3]. Со

влияющих на формирование льда в естествен

гласно требованиям нормативной документации,

ной среде. Основная сложность полевых экспе

 561 

Морские, речные и озёрные льды

риментов связана с получением ледовых кернов

10, 14], к условиям Охотского моря путём срав

и вариативностью условий, в которых ведётся их

нения результатов вычислений с эмпирически

дальнейший лабораторный анализ [2]. Россий

ми данными, полученными в ходе полевых работ

ские и зарубежные нормативы по расчёту проч

на восточном шельфе о. Сахалин

ности льда на одноосное сжатие дают разброс ве

личин от 0,3 до 3,3 МПа [6]. Значения прочности

льда на акваториях морей России, по данным по

Материалы и методы

левых исследований, меняются от 0,5 до 12 МПа,

что объясняется не только региональными свой

Полевые исследования проходили в апреле

ствами льда, но и широкими спектрами измене

2016 и 2019 г. Работы вели в условиях умеренной

ния температуры образцов и скорости их нагру

(2016 г.) и мягкой зим (2019 г.) [9]. Уникальность

жения с помощью специальных прессов [6].

исследования состоит в том, что накоплен боль

Ледовые условия Охотского моря существен

шой массив данных. За два ледовых сезона 2016

но отличаются от условий в морях Российской

и 2019 г. были отобраны и исследованы образцы

Арктики: весь лёд имеет местное происхожде

с разных дрейфующих льдов. Исследования про

ние, нет многолетних ледовых полей, толщина

ходили в одно время (апрель) на одном и том же

льда может достигать 180 см и более за счёт мно

участке Охотского моря. Район работ охватывал

гократного наслоения в динамически активных

северо-восточное побережье о. Сахалин - от Лунь

районах, дрейф льда характеризуется высокими

ского залива до залива Пильтун. Измерения вели

скоростями - до 130-140 см/с [7].

при помощи ледокольного судна как вдоль по

Анализ научной литературы и исторической

бережья, так и в море (от 30 до 80 км по нормали

информации по ледовым исследованиям, расчёт

от берега) [13]. Для рассмотрения в данной ста

ных данных, работа над архивами карт, построен

тье выделены две группы кернов льда. К первой

ных на основе спутниковых снимков видимого и

группе относятся образцы, полученные из ров

радиолокационного диапазонов, позволяют сде

ного дрейфующего льда (далее - ровный лёд), ко

лать вывод о том, что в ледяном покрове Охотско

второй - полученные из блоков льда в результате

го моря на всех стадиях его развития формируются

динамических процессов на поверхности ровного

региональные стабильные зоны и локальная одно

дрейфующего льда и образовавших различные ле

родность параметров их ледяного покрова может

дяные формы (далее - блоки льда) (рис. 1).

быть условием для районирования. Район Шантар

Анализ содержания жидкой фазы в кернах

ских островов, Сахалинский залив, отличается ак

показал, что формирование блоков льда может

тивным формированием зон сжатий и деформаций

существенно различаться, однако все они после

льда. Под воздействием низких температур воздуха

того как оказываются на поверхности ровного

происходят смерзание и вынос сильно деформиро

льда и перестают взаимодействовать с морской

ванного и всторошенного льда к северо-восточно

водой «осушаются» и приобретают отличные от

му побережью Сахалина. Включаясь в генеральный

ровного льда физико-механические свойства.

дрейф, он движется вдоль восточного побережья

Один из важных аспектов настоящей статьи -

о. Сахалин на юг, образуя пояс максимальной ши

сравнение неоднородности и вариативности

рины до 48 км труднопроходимого льда (даже для

пределов прочности для «осушенных» блоков и

современных судов ледового класса) [8]. С севера

ровного и дрейфующего льда. Образцы для ис

на юг дрейфуют льды с более низкой солёностью,

пытания на одноосное сжатие представляют

которые образовались в так называемом «мешке

собой цилиндры льда высотой 15 см и диаметром

холода» у Шантарских островов и Сахалинского за

7,5 см (все геометрические параметры измеряли

лива из поверхностных вод, сильно распреснённых

специализированным оборудованием). У каждо

речным стоком Амура [9]. Прочность льда в Охот

го образца льда исследовали следующие три ха

ском море пока изучена недостаточно.

рактеристики: предел прочности на одноосное

Задача настоящего исследования - оценить

сжатие, МПа; температуру, °C; солёность, ‰.

применимость неспецифических методик рас

Предел прочности измерялся на специализи

чёта прочности льда, описанных в российских

рованном электронном механическом ледовом

и зарубежных инженерных руководствах [4,

прессе, в котором фиксируются высота поднятия

 562 

С.В. Годецкий и др.

Рис. 2. Разрушение образца при испытании на одно

осное сжатие в момент регистрации разрушающей

(пиковой) нагрузки

Рис. 1. Процесса отбора керна:

Fig. 2. Fracture of a specimen during testing for uniaxial

а - ровный лёд; б - блоки льда.

В статье рассматриваются две группы кернов льда. В пер

compression at the moment of registration of the break

вую группу входят образцы, полученные из плоского дрей

ing (peak) load

фующего льда (ровный лед), во вторую группу входят об

разцы, полученные из блоков льда, которые в результате

Плоско-параллельность образцов обеспечива

динамических процессов оказались на поверхности ровно

лась разделкой на специализированном станке с

го дрейфующего льда и образовали различные ледяные

формы (блоки льда)

закреплёнными циркулярными пилами, что по

Fig. 1. Coring process:

зволяло обеспечить одинаковую высоту образцов

а - level ice; б - ice blocks.

и аккуратный продольный срез. При выполнении

The article discusses two groups of ice cores. The first group in

экспериментов использовали прокладки из полиэ

cludes samples obtained from flat drifting ice (level ice), the sec

тилена, которые помещали на верхнюю и нижнюю

ond group includes samples obtained from ice blocks, which, as

a result of dynamic processes, appeared on the surface of flat плиты для повышения трения и предотвращения

drifting ice and formed various ice forms (ice blocks)

смещения образцов из-под плит пресса. На рис. 2

приведён фрагмент испытания образца в момент

плиты пресса, а также время и сила нагружения

регистрации разрушающей (пиковой) нагрузки.

образца (жёсткое нагружение). Перед выполне

Время подготовки образцов максимально миними

нием полевых работ измерительное оборудование

зировалось: после извлечения керна до испытаний

прошло поверку. Предел относительной погреш

проходило не более 10-15 мин.

ности измерения составлял 1%, частота записи

Предел прочности вычислялся по формуле [4]

данных - 2 Гц, средняя скорость нагружения об

σ = P/S,

разца - 0,23 МПа/с. Пресс находился в открытой

лаборатории на палубе судна. Средняя температура

где σ - предел прочности льда на сжатие, Па;

воздуха во время работ, по данным судовой метео

P - нагрузка, при которой происходит разруше

станции, в 2016 г. составляла -3 °C, в 2019 г. - 0 °C.

ние, Н; S - площадь сечения образца, см².

 563 

Морские, речные и озёрные льды

Таблица 1. Пример описания текстуры керна льда, отобранного при полевых работах 2016 г.

Глубина, см

Описание горизонта

Серовато-белый лёд, количество воздушных и солевых включений - 4 балла. Плотный, с равномерно рас

0-115

пределёнными сферическими пузырьками d = 0,1÷0,5 мм, нитями длиной до 5 мм и цилиндрами d = 0,5 мм.

Белёсо-серый лёд с равномерно распределёнными воздушными включениями (1-2 балла), сферическими

115-220

пузырьками d = 0,5÷1 мм, вертикально вытянутыми цилиндрами d = 0,1÷0,5 мм высотой до 4 мм.

Серый прозрачный лёд, пузырьков практически нет (<5% - до 1 балла), визуально - мелкокристал

229-243

лический лёд с изометричными зёрнами 1×1, 1×2 мм. При нагреве керна рукой воздушные пузырьки

появляются между кристаллами льда.

Блок прозрачного серого льда, раздробленные, с крупными наклонными каналами стока рассола,

243-282

кавернами, заполненными мелкокристаллическим льдом - зёрна d = 1÷3 мм,

часть каналов стока - полые, d = 5÷6 мм.

Серый прозрачный лёд (1 балл) с каналами стока рассола диаметром до 5-6 мм.

282-320

Лёд зернистый, кристаллы d = 2÷3 мм.

Перемешанная толща - зёрна-кристаллы льда d = 2÷3 мм,

320-390

блоки серого полупрозрачного льда (1-2 балла), границы между слоями наклонные.

Полупрозрачный лёд (2 балла), зерна d = 2÷3 мм, при переворачивании керна между кристаллами

390-420

возникают воздушные пузырьки. Полностью торос не пробурен - лёд продолжается и ниже;

(подошва керна)

пробурен на максимальную глубину, которую позволяют имеющиеся штанги.

При измерении прочности льда замечен

Данные формулы не учитывают теплофизи

большой разброс исследуемой величины, что

ческие свойства снежного покрова и их влияние

связано с пространственно-временнóй измен

на нарастание льда. Расчёты были выполнены

чивостью текстуры и подтверждается описанием

по СГДМ (сумме градусодней мороза), рассчи

кернов. Текстуру исследовали на каждой ледо

танной по значениям температур, зафиксиро

вой станции. Пример её описания дан в табл. 1.

ванным на метеостанции сети Росгидромета на

Температура и солёность льда измерялись

о. Большой Шантар (индекс ВМО 31174). Ре

у керна, отобранного в 10-15 см от мест взя

зультаты расчётов СГДМ соответствуют време

тия образцов для испытания предела прочности.

ни выполнения полевых измерений на аквато

Температуру измеряли с шагом 10 см по всей

рии Охотского моря. Они приведены в табл. 2.

толще керна. Показатели солёности получали

После расчётов СГДМ по эмпирическим фор

путём измерения электропроводности талого

мулам была выполнена оценка нарастания льда.

льда; образцы также отбирали с шагом 10 см.

Итоговые результаты возможной теоретической

Из всего массива полевых данных были ото

толщины льда даны в табл. 3.

браны и разделены на группы только те керны

Исходя из расчётных данных табл. 3 и срав

льда, которые примерно соответствовали тол

нения их с полученными измерениями, были

щине льда при естественном нарастании в

выделены критерии для анализа. Ровный лёд в

апреле 2016 и 2019 гг. Возможное нарастание

исследуемом районе в данное время года при

морского льда на момент проведения зимних ис

мерно соответствовал толщине 110-120 и

следовательских работ было оценено с помощью

100-110 см для 2016 и 2019 гг. соответственно.

известных эмпирических формул:

Для дальнейшего исследования были выбра

а) Н.Н. Зубова [15] -

ны измерения в тех кернах, мощность кото

рых соответствовала указанным здесь показа

h_i² + 50h_i = 8Σ(-T_a);

телям. Предел прочности льда по методике из

б) В.П. Гаврило и К.К. Сухорукова [16] -

СП 38.13330.2012 [4] получают при помощи таб-

личных значений и рассчитанного количества

h_i² + 6,7h_i = 6,1Σ(-T_a);

жидкой фазы. При расчёте количества жидкой

в) В.П. Доронина [17] -

фазы использовалась следующая формула [4]:

h_i² - h_i0² = 12Σ(-T_a),

ξi = Swt(1 - 0,018ti)/0,018ti, 0 < ti < -7,3 °С,

где h_i - толщина льда; h_i0 - начальная толщина

где ξi - количество жидкой фазы; Swt - солё

льда; Σ(-T_a) - сумма градусодней мороза.

ность льда; ti - температура льда.

 564 

С.В. Годецкий и др.

Таблица 2. Расчёты суммы градусодней мороза по дан-

Таблица 3. Расчётная толщина морского льда по разным

ным ГМС Большой Шантар

формулам для 2016 г. (числитель) и 2019 г. (знаменатель), см

Сумма градусодней мороза, °С

В.П. Гаврило и

Даты

Н.Н. Зубова

В.П. Доронина

2016 г.

2019 г.

К.К. Сухорукова

1 апреля

-2324

-2025

1 апреля

114/105

167/156

121/113

10 апреля

-2348

-2055

10 апреля

114/106

168/157

122/114

20 апреля

-2406

-2072

20 апреля

116/106

170/158

124/115

Расчёты по методике из ISO 19906:2008 [12] по

хожи на расчёты по методике СП 38.13330.2012 [4],

так как в обоих случаях требуется определить

количество жидкой фазы. По Международному

стандарту [12] рассчитывать данную величину

предлагается с применением формулы

ν = S(49,18/|T | + 0,53),

где ν - объёмная доля рассола; S - солёность

льда; T - температура льда.

Предел прочности вычисляют по форму

ле [12]

σ = 37ε^0,22(1 - (ν_t/0,27)^0,5),

где σ - предел прочности льда на сжатие, Па; ε -

скорость деформации; ν_t - общая объёмная доля

пустот.

Рис. 3. Зависимости прочности льда на одноосное

Методика допускает использование вместо

сжатие (МПа) от температуры (°C) при разной солё

параметра ν_t параметр ν. Скорость деформации ε

ности льда (‰), построенные с использованием

можно заменить на коэффициент 0,22 [12]. Для

предрассчитанных полиномиальных функций по ал

расчёта предела прочности по алгоритму «Ме

горитму В.В. Богородского [11]

тодического письма по расчёту пределов проч

Fig. 3. Dependence of ice uniaxial compressive strength

ности льда» [11] была оцифрована номограмма

(MPa) on temperature (°C) and salinity (‰) of ice, based

зависимости обобщённого (среднего) предела

on calculated polynomial functions, using algorithm of

прочности образцов льда при сжатии (МПа) от

V.V. Bogorodsky [11]

температуры для различных солёностей (рис. 3);

каждая кривая соответствует определённой солё

Результаты

ности льда. Для этого применялось программное

обеспечение GetData Graph Digitizer. С целью

Данные о числе испытанных образцов мор

упрощения дальнейшего процесса расчёта для

ского льда и блоках сухого льда, результаты рас

кривых (см. рис. 3) были вычислены полиноми

чётов среднеквадратического отклонения (СКО)

альные функции (табл. 4). Изучить поведение

и средних значений предела прочности льда при

функции на графике, аппроксимировав её неко

ведены в табл. 5. Вычисления были разделены на

торым многочленом, часто легче, чем исследо

группы по измеренным температурам исследуе

вать ту же функцию непосредственно с графика.

мого керна. Зависимости средних значений пре

При помощи полученных полиномиальных

дела прочности льда от температуры показаны на

функций и алгоритма, указанного в работе [11],

рис. 4. Прочность льда на одноосное сжатие по

были рассчитаны пределы прочности льда при

алгоритму [11] учитывает изменение температу

сжатии. В расчётах использовали значения тем

ры и солёности льда. Прочность, рассчитанная

пературы и солёности льда, полученные при по

по методике [4] и [12], зависит от объёмной доли

левых исследованиях.

рассола. Самый большой массив полевых дан

 565 

Морские, речные и озёрные льды

Таблица 4. Полиномиальные функции для предела прочности льда на одноосное сжатие при различной солёности, по

данным из методического письма В.В. Богородского (X - температура образца, °C; Y - предел прочности образцов

при сжатии, МПа)

Солёность, ‰

Полиномиальные функции

Y = 1,29 - 0,65X - 9,08∙10^-2X² - 7,2∙10^-3X³ - 2,8∙10^-4X⁴ - 4,2∙10^-6X⁵

Y = 1,17 - 0,555X - 7,3∙10^-2X² - 5,67∙10^-3X³ - 2,2∙10^-4X⁴ - 3,3∙10^-6X⁵

Y = 0,91 - 0,53X - 7,1∙10^-2X² - 5,565∙10^-3X³ - 2,19∙10^-4X⁴ - 3,4∙10^-6X⁵

Y = 0,83 - 0,44X - 5,4∙10^-2X² - 4∙10^-3X³ - 1,55∙X⁴ - 2,35∙10^-6X⁵

Y = 0,72 - 0,365X - 3,78∙10^-2X² - 2,5∙10^-3X³ - 9,1∙10^-5X⁴ - 1,37∙10^-6X⁵

Y = 0,44 - 0,42X - 4,8∙10^-2X² - 3,1∙10^-3X³ - 10^-4X⁴ - 1,26∙10^-6X⁵

Y = 0,39 - 0,368X - 4,4∙10^-2X² - 3,2∙10^-3X³ - 1,2∙10^-4X⁴ - 1,76∙10^-6X⁵

Y = 0,52 - 0,2X - 1,16∙10^-2X² - 2,89∙10^-4X³ + 3,3∙10^-6X⁴ + 9,12∙10^-8X⁵

Таблица 5. Расчёт среднеарифметических значений (знаменатель) и средних квадратических отклонений (числитель)

прочности льда на одноосное сжатие разными методами

Температура

Полевые данные,

По алгоритму

По методике из

Число

льда, °C

МПа

В.В. Богородского, МПа

СП 38.13330.2012, МПа

ISO 19906:2008 г, МПа

образцов

Ровный лёд

-1

1,21/1,70

0,11/1,45

0,19/0,90

0,83/1,82

−2

1,44/2,03

0,13/1,58

0,15/1,01

0,67/2,34

124

−3

0,60/1,03

0,34/1,95

0,37/1,42

1,27/3,76

Блоки льда

-1

0,77/1,74

0,12/1,50

0,94/1,37

1,20/3,90

−2

0,55/1,88

0,24/1,74

0,71/1,04

1,46/3,43

ных получен из кернов ровного льда при тем

чи имеют как прикладной, так и научный инте

пературе -2 °C, 124 образца). Значения солёно

рес, так как ранее не было подобных сравнений

сти данных образцов находятся в диапазоне от

для данного вида морского льда в рассматри

2 до 8,5 ‰. Вероятно, такие колебания обуслов

ваемом районе Охотского моря. В работе [18]

лены расположением образцов на различных го

изучается прочность ледяного поля в заливе

ризонтах. В кернах из блоков льда - разброс от

Петра Великого, рассматривается ровный при

0 до 4 ‰. Здесь неоднородность солёности обус-

пайный лёд, коэффициент неоднородности ко

ловлена разным временем «осушения» данных

торого 0,75. Рассматриваемый в данной работе

блоков после подъёма на поверхность дрейфу

ровный дрейфующий лёд имеет коэффициент

ющего льда в результате той или иной деформа

неоднородности 0,23, блоки льда - 0,5. Это свя

ции ледяного покрова. На рис. 5 представлены

зано с тем, что дрейфующий лёд имеет более

данные предела прочности льда, распределён

сложную текстуру и подвержен постоянным ди

ные по глубине их отбора, для двух зимних ис

намическим нагрузкам в отличие от изучаемо

следовательских работ: 2016 и 2019 гг. Также на

го в заливе Петра Великого припайного льда.

рис. 5 приведены данные, полученные по рас

Как уже отмечалось, неоднородность блоков

чётным эмпирическим формулам.

льда - 0,5, они более однородны, чем рассма

триваемый ровный дрейфующий лёд, а значит

есть больше возможностей корректно описать

Обсуждение результатов

их прочностные свойства эмпирическими фор

мулами, несмотря на то, что они находятся под

Главная задача данной работы - изучить не

неконтролируемым атмосферным воздействи

однородность и вариативность прочностных

ем, вероятно, даже инсоляции. Возможность

свойств льда, а также возможность повторить

воссоздания прочностных свойств льда вызы

их с помощью эмпирических формул. Эти зада

вает большой интерес, так как именно дрейфу

 566 

С.В. Годецкий и др.

Рис. 4. Зависимость прочности

морского льда на одноосное

сжатие (МПа) от температу

ры (°C):

а - ровный лёд; б - блоки льда; 1 -

полевые данные; 2 - алгоритм

В.В. Богородского [11]; 3 - методи

ка из СП 38. 13330.2012 [4]; 4 - ме

тодика из ISO 19906:2008 [12]

Fig. 4. Dependence of ice uniaxi

al compressive strength (MPa) on

temperature (°C):

а - level ice;б - ice blocks; 1 - field da

ta; 2 - V.V. Bogorodsky algorithm [11];

3 - method of SP 38. 13330.2012 [4];

4 - method of ISO 19906:2008 [12])

ющий лёд представляет собой существенную

тических вычислений и полевых данных приво

угрозу для техногенных сооружений [4, 5, 12].

дят разные формулы расчёта предела прочности.

По графикам зависимости прочности ровно

Отметим, что количество данных для темпе

го льда от его температуры (см. рис. 4, 5) можно

ратур -3 °C в 15 раз меньше, чем для темпера

сделать вывод, что расчётные величины сред

тур -1 и -2 °C. Разброс значений СКО, вычис

него арифметического значения прочности по

ленных по эмпирическим формулам, меньше,

лучились максимально приближёнными к по

чем значений СКО, полученных при помощи

левым данным по алгоритму [11] и методике

испытаний на одноосное сжатие в рамках по

ISO 19906:2008 [12] для образцов льда темпера

левых испытаний. Натурные данные показыва

турой -1 и -2 °C. Для льда температурой -3 °C

ют большой диапазон изменения прочностных

близкими по расчётам оказались значения, по

характеристик из-за пространственной неодно

лученные по методике из СП 38.13330.2012 [4],

родности текстуры льда. Большее разнообра

однако испытаний таких образцов в рамках по

зие величин предела прочности как ровного,

левых исследований было проведено значитель

так и блоков льда даёт применение методики из

но меньше, поэтому их влияние статистически

ISO 19906:2008 [12]. Для образцов ровного льда

менее значимо. При использовании методики

методика из СП 38.13330.2012 [4] скорее зани

СП 38.13330.2012 [4] необходимо рассчитывать

жала значения, а для образцов льда, получен

количество жидкой фазы («обводнённость»).

ных из блоков льда, значения предела прочно

Если количество жидкой фазы сравнительно мало

сти, напротив, были завышены. Алгоритм [11]

(1-10 г/кг), то показатели прочности льда оказы

из инструкции не дал сравнимых значений СКО

ваются завышенными в 3-4 раза относительно

с реальными полевыми данными как в случае с

тех, которые были получены при полевых испы

ровным льдом, так и в случаях с блоками льда.

таниях. Если же количество жидкой фазы состав

Однако при сравнении среднеарифметических

ляет более 10 г/кг, то показатели прочности в ос

значений пределов прочности льда данные, рас

новном оказываются занижены. В зависимости

четы [11] адекватно приближаются к полевым

от обводнённости образцов к сближению теоре

значениям (см. табл. 5).

 567 

С.В. Годецкий и др.

Выводы

точно рассчитываются по методике, описанной в

ISO 19906:2008. В условиях мягких и умеренных

На основе массива полевых наблюдений за

зим методика, изложенная в СП 38.13330.2012, по

прочностью льда проанализированы свойства

казала для рассматриваемого района неудовлет

дрейфующего льда на северо-восточном шельфе

ворительные результаты как при оценке средних,

Охотского моря. Уникальность данных состоит

так и максимальных значений прочности льда на

в том, что накоплен большой массив данных за

одноосное сжатие. На основе результатов анали

два ледовых сезона 2016 и 2019 гг., когда были

за сделан вывод, что для расчёта оценочных значе

отобраны и исследованы образцы с разных дрей

ний предела прочности льда на одноосное сжатие

фующих льдов. Средняя прочность ровного льда

при проектировании и эксплуатации техногенных

составила 1,93 МПа (СКО = 1,38 МПа), макси

сооружений на северо-восточном шельфе о. Са

мальная - 8,31 МПа. Средняя прочность блоков

халин целесообразно использовать методику из

льда - 1,78 МПа (СКО = 0,7 МПа), максималь

ISO 19906:2008, так как она наиболее точно вос

ная - 3,58 МПа.

производит максимальные прочности льда в усло

Впервые для северо-восточного шельфа о. Са

виях умеренной и мягкой зимы.

халин в период максимального развития ледяного

покрова проведено сравнение значений прочности

Благодарности. Участие О.В. Кокина поддержано в

льда на одноосное сжатие, полученных на дрей

рамках госбюджетной темы лаборатории гео-

фующем льду и рассчитанных по имеющимся эм

экологии Севера географического факультета МГУ

пирическим формулам. Установлено, что в целом

имени М.В. Ломоносова (№ 121051100167-1).

средние значения как в случае с ровным льдом,

Acknowledgements. Participation of O.V. Kokin sup

так и с блоками удовлетворительно воспроизво

ported within the framework of the state task of the

дятся при помощи алгоритма В.В. Богородского.

Laboratory of Geoecology of the Northern territo

Максимальные значения для ровного льда более

ries, Geography faculty, MSU (№ 121051100167-1).

Литература

References

1. Шибакин С.И., Рогачко С.И. Нагрузки и воздей

1. Shibakin S.I., Rogachko S.I. Nagruzki i vozdejstvie na

ствие на морские нафтегазопромысловые ги

morskie naftegazopromyslovye gidrotekhnicheskie sooru-

дротехнические сооружения. М.:ООО «Газпром

zheniya. Loads and impacts on offshore oil and gas

field hydraulic structures. Moscow: OOO «Gazprom

экспо», 2000. 120 c.

ekspo», 2000: 120 p. [In Russian].

2. Ким Л.В. Безопасность мобильных морских буро

2. Kim L.V. Safety of mobile offshore drilling rigs when

вых установок при обтекании потоком «контро

flowing around with a flow of «controlled» ice. Vestnik

лируемого» льда // Вестн. Инженерной школы

inzhenernoj shkoly DVFU. Engineering school bulletin

ДВФУ. 2019. № 2 (39). С. 100-108.

DVFU. 2019, 2 (39): 100-108. [In Russian].

3. Зубов Н.Н. Льды Арктики. М.: Изд-во Главсевмор

3. Zubov N.N. L’dy Arktiki. Arctic ice. Moscow: Izd-vo

пути, 1945. 139 с.

Glavsevmorputi, 1945: 139 p. [In Russian].

4. СП 38.13330.2012 «Нагрузки и воздействия на ги

4. SP 38.13330.2012 «Loads and impacts on hydraulic

дротехнические сооружения (Волновые, ледо

structures (wave, ice and from ships) (Russian tech

вые и от судов). Актуализированная редакция

nical standard). Updated edition SNiP 2.06.04-82».

СНиП 2.06.04-82» (российский технический стан

Moscow: Minregion Rossii, 2016: 106 p. [In Russian].

дарт). М.: Минрегион России, 2016. 106 с.

5. SN 2.06.04-82. «Loads and impacts on hydraulic structures

(wave, ice and from ships)» (Russian technical standard).

5. СН 2.06.04-82.«Нагрузки и воздействия на гидро

Moscow: CITP Gosstroya SSSR, 1989: 116 p. [In Russian].

технические сооружения (волновые, ледовые и от

6. Polomoshnov A.M., Popnikov E.E., Shamsudinov R.E.

судов)» (российский технический стандарт).М.:

Regional features of ice conditions in offshore oil and

ЦИТП Госстроя СССР, 1989. 116 c.

gas fields. Innovaczii i investiczii. Innovation and invest

6. Поломошнов А.М., Попников Е.Е., Шамсудинов Р.Е.

ment. 2020, 7: 250-254. [In Russian].

Региональные особенности ледовых условий ак

7. Shevchenko G.V., Tambovskij V.S. Ice drift dynamics on

ваторий морских нефтегазовых месторождений //

the northeastern shelf of Sakhalin Island as measured by

Инновации и инвестиции. 2020. № 7. С. 250-254.

radar stations. Nauchno-tekhnicheskij sbornik vesti gazo-

7. Шевченко Г.В., Тамбовский В.С. Динамика дрей

voj nauki. Scientific and technical collection to conduct

фа льда на северо-восточном шельфе острова Са

gas science. 2017, 4 (32): 121-128. [In Russian].

 569 

Морские, речные и озёрные льды

халин по данным измерений радиолокационны

8. Minervin I.G., Romanyuk V.A., Pishchal’nik V.M., Trus-

ми станциями // Вести газовой науки. 2017. Т. 4.

kov P.A., Pokrashenko S.A. Area of the ice cover of the

№ 32. С. 121-128.

Okhotsky and Japanese sea. Vestnik Rossijskoj akademii

nauk. Bulletin of the Russian Academy of Sciences.

8. Минервин И.Г., Романюк В.А., Пищальник В.М., Тру-

2015, 85 (3): 209-217. [In Russian].

сков П.А., Покрашенко С.А. Районирование ле

9. Dumanskaya I.O. Ledovye usloviya morej Aziatskoj chas-

дяного покрова охотского и японского морей //

ti Rossii. Ice conditions of the seas of the Asian part

Вестн. РАН. 2015. Т. 85. № 3. С. 209-217.

of Russia. Moscow-Obninsk: IG - SOCZIN, 2017:

9. Думанская И.О. Ледовые условия морей Азиат

640 p. [In Russian].

ской части России. М.-Обнинск: Изд-во ИГ -

10. Zhabin I.A., Abrosimova A.A., Dubina V.A., Nekra-

СОЦИН, 2017. 640 с.

sov D.A. Influence of the Amur on the hydrological

10. Жабин И.А., Абросимова А.А., Дубина В.А., Некра-

conditions of the Amur estuary and the Sakhalin bay

сов Д.А. Влияние Амура на гидрологические ус

of the Sea of Okhotsk during the spring-summer flood.

ловия Амурского лимана и Сахалинского зали

Meteorologiya i gidrologiya. Meteorology and Hydrol

ogy. 2010, 4: 93-100. [In Russian].

ва Охотского моря в период весенне-летнего па

11. Metodicheskoe pis'mo po raschetu predelov prochnosti

водка // Метеорология и гидрология. 2010. № 4.

l’da. Methodological letter on the calculation of ice

С. 93-100.

strength limits. Ed.: V.V. Bogorodskiy. Leningrad:

11. Методическое письмо по расчету пределов проч

AANII, 1983: 49 p. [In Russian].

ности льда / Ред. В.В. Богородский. Л.: изд.

12. ISO 19906:2008 (International technical standard).

ААНИИ, 1983. 49 с.

Petroleum and Natural Gas Industries - Arctic Off

12. ISO 19906:2008 (Международный технический

shore Structures: 188-190.

стандарт). Petroleum and Natural Gas Industries -

13. Lobanov A.V., Goreva E.V., Verasko K.S., Onishhen-

Arctic Offshore Structures. P. 188-190.

ko D.A. Study of the peculiarities of the hydrometeoro

13. Лобанов А.В., Горева Е.В., Вераско К.С., Онищен-

logical regime in the water area of the deep-water part

of the shelf on. Sakhalin in the Sea of Okhotsk. Gazo-

ко Д.А. Исследование особенностей гидрометеоро

vaya promyshlennost. GAS Industry of Russia. 2018,

логического режима на акватории глубоководной

5 (768): 30-40. [In Russian].

части шельфа о. Сахалин в Охотском море // Га

14. Gidrometeorologiya i gidrokhimiya morej. Hydrometeo

зовая промышленность. 2018. № 5 (768). C. 30-40.

rology and hydrochemistry of the seas. Leningrad: Gi

14. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. 9.

drometeoizdat, 1988, 9 (1): 215 p. [In Russian].

Вып. 1. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 215 с.

15. Zubov N.N. O ldah Arktiki i Antarktiki. On the ice of

15. Зубов Н.Н. О льдах Арктики и Антарктики. М.:

the Arctic and Antarctic. Moscow: MGU, 1956: 118 p.

Изд-во МГУ, 1956. 118 с.

[In Russian].

16. Гаврило В.П., Сухорукова К.К. Исследование ди

16. Gavrilo V.P., Sukhorukova K.K. Investigation of the dy

намики образования морского льда гидроаку

namics of sea ice formation by the hydroacoustic me-

thod. Trudy AANII. Proc. of AARI. 1980, 374: 85-96.

стическим методом // Тр. ААНИИ. 1980. Т. 374.

[In Russian].

С. 85-96.

17. Doronin Y.P. To the question of the growth of sea ice.

17. Доронин Ю.П. К вопросу о нарастании морского

Problemy Arktiki i Antarktiki. Arctic and Antarctic

льда // Проблемы Арктики и Антарктики. 1959.

problems. 1959, 1: 73-83. [In Russian].

Вып. 1. С. 73-83.

18. Bekker A.T., Farafonov A.E., Pomnikov E.E. Inhomo

18. Беккер А.Т., Фарафонов А.Э., Помников Е.Е. Неод

geneity of ice fields. Vestnik inzhenernoj shkoly DVFU.

нородность ледяных полей // Вестн. Инженерной

Engineering school bulletin DVFU. 2017, 3 (32): 64-71.

школы ДВФУ. 2017. №3 (32). С. 64-71.

[In Russian].

 570 