Structural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsStructural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsСтроительная механика инженерных конструкций и сооружений1815-52352587-8700Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)3631210.22363/1815-5235-2023-19-3-285-301PLXPYMAnalysis and design of building structuresРасчет и проектирование строительных конструкцийResearch ArticleCompaction of the snow base of Vostok station wintering complexУплотнение снежного основания зимовочного комплекса станции «Восток»https://orcid.org/0009-0001-2947-5291PashchenkoFedor A.ПащенкоФедор Александрович

PhD, corresponding member of the Russian Academy of Natural Sciences, General Director

кандидат технических наук, член-корреспондент РАЕН, генеральный директор

fedor.p@my.comhttps://orcid.org/0000-0001-7175-0296KharkovNikita S.ХарьковНикита Сергеевич

PhD, Deputy General Director for Science

кандидат технических наук, заместитель генерального директора по науке

kharkov_ns@lenair.ruhttps://orcid.org/0009-0001-0587-4159SidorenkoAlexander A.СидоренкоАлександр Андреевич

PhD, Sector Head

кандидат технических наук, руководитель сектора

S.idorenko@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0000-7871-2604GarbuzovValery V.ГарбузовВалерий Викторович

Chief Specialist

главный специалист

valeriuzzzz1955@gmail.comDesign and Research Institute of Air Transport “Lenaeroproject”Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт воздушного транспорта «Ленаэропроект»30092023193VOL 19, NO3 (2023)ТОМ 19, №3 (2023)28530111102023Copyright ©; 2023, Pashchenko F.A., Kharkov N.S., Sidorenko A.A., Garbuzov V.V.Copyright ©; 2023, Пащенко Ф.А., Харьков Н.С., Сидоренко А.А., Гарбузов В.В.2023Pashchenko F.A., Kharkov N.S., Sidorenko A.A., Garbuzov V.V.Пащенко Ф.А., Харьков Н.С., Сидоренко А.А., Гарбузов В.В.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/36312

The compaction of the snow base of the wintering complex under construction of the Russian Antarctic station “Vostok” is considered, which was required due to the unsuitability of the natural snow base for the perception of loads from the supports of the foundation of the wintering complex. Technical solutions were developed for snow base compaction on the basis of heating by solar radiation with the use of thermal mat and on the basis of snow vacuuming. The computational justification of the developed technical solutions was performed, which was carried out based on spatial finite element models using the computational software complex ANSYS. In this case, to substantiate the method of snow base compaction by solar radiation heating with the use of thermal mat, the calculated volume was analyzed, including the snow base zone, thermal mat and the space filled with air. When substantiating the method of snow base compaction by snow vacuuming, there was explored the calculation area for modeling the method of vacuuming for the hermetic volume of the excavation pit with immersed columns under the wintering complex foundation supports. The results of the of the calculated research have fully confirmed the assumptions laid down in the technical solutions for compaction of the wintering complex snow base by using of thermal mat and snow vacuuming.

Рассмотрено уплотнение снежного основания строящегося зимовочного комплекса Российской антарктической станции «Восток», потребовавшееся по причине непригодности естественного снежного основания для восприятия нагрузок от опор фундамента зимовочного комплекса. Разработаны технические решения по уплотнению снежного основания на основе прогрева солнечной радиацией с применением термомата и на основе вакуумирования снега. Выполнено расчетное обоснование разработанных технических решений, проведенное на основе пространственных конечноэлементных моделей в рамках вычислительного программного комплекса ANSYS. Для обоснования способа уплотнения снежного основания нагревом солнечной радиацией с применением термомата проанализирован расчетный объем, включающий зону снежного основания, термомат и пространство, заполненное воздухом. При обосновании способа уплотнения снежного основания путем вакуумирования снега изучалась расчетная область для моделирования способа вакуумирования герметичного объема котлована с погруженными колоннами под опорами фундамента зимовочного комплекса. Результаты проведенных расчетных исследований полностью подтвердили предпосылки, заложенные в технических решениях по уплотнению снежного основания зимовочного комплекса на основе применения термомата и на основе применения вакуумирования снега.

Antarctic station “Vostok”foundation supportstechnical solutionsthermal matheating by solar radiationsnow vacuumingcalculation justificationfinite elements modelsантарктическая станция «Восток»опоры фундаментатехнические решениятермоматнагрев солнечной радиациейвакуумирование снегарасчетное обоснованиеконечноэлементные моделиPuntus V.A., Myasepp K.K. Conceptual designing of housing for the Arctic and Antarctic. Housing Construction. 2015;(1):12-17. (In Russ.)Пунтус В.А., Мясепп К.К. Концептуальное проектирование жилища для Арктики и Антарктиды // Жилищное строительство. 2015. № 1. C. 12-17.Puntus V.A., Myasepp K.K., Filin P.A., Loktik O.G. Recent trends and research of the Arctic and Antarctic in the field of urban development. 200 years of the discovery of Antarctica. St. Petersburg; 2019. (In Russ.)Пунтус В.А., Мясепп К.К., Филин П.А., Локтик О.Г. Последние тенденции и исследования Арктики и Антарктики в области градостроительного освоения. 200 лет открытия Антарктиды. СПб., 2019. 121 с.Zhuravel V. 200th anniversary of the discovery of Antarctica: a breakthrough in scientific research is needed. Contemporary Europe. 2020;(7):207-217. (In Russ.) http://doi.org/10.15211/soveurope72020227237Журавель В.П. 200-летие открытия Антарктиды: необходим прорыв в отечественных научных исследованиях // Современная Европа. 2020. № 7 (100). С. 207-217. http://doi.org/10.15211/soveurope72020227237Polyakov S.P., Ivanov B.V., Klepikov A.V., Klokov V.D., Lukin V.V., Marfyanov V.L. Physical and mechanical properties of snow-firn cover of the Vostok station air strip, Antarctica. Ice and Snow. 2010;(1):119-122. (In Russ.)Поляков С.П., Иванов Б.В., Клепиков А.В., Клоков В.Д., Лукин В.В., Мартьянов В.Л. Физико-механические свойства снежно-фирнового покрытия взлетно-посадочной полосы на станции Восток в Антарктиде // Лед и снег. 2010. № 1. C. 119-122.Klyuchnikov G. Creation of high-strength snow airfields in the Arctic and Antarctic. Transport Rossijskoj Federacii. 2006;(3):34-36. (In Russ.)Ключников Г. Создание высокопрочных снежных аэродромов в Арктике и Антарктике // Транспорт Российской Федерации. 2006. № 3. С. 34-36.Anikin A.A., Barakhtanov L.V., Donato I.O. Physico-mechanical properties of snow as a trackbed when moving cars. Science and Education of Bauman MSTU. 2010;(10):1-8. (In Russ.)Аникин А.А., Барахтанов Л.В., Донато И.О. Физико-механические свойства снега как полотна пути при движении машин // Наука и образование: научное издание МГТУ имени Н.Э. Баумана. 2010. № 10. C. 1-8.Takahashi S. Characteristics of drifting snow at Mizuho station, Antarctica. Annals of Glaciology. 1985;6:71-75. https://doi.org/10.1017/S0260305500010028Massom R.A., Eicken H., Haas C., Jeffries M.O., Drinkwater M.R., Sturm M., Worby A.P., Wu X., Lytle V.I., Ushio Sh., Morris K., Reid P.A., Warren S.G., Allison I. Snow on Antarctic sea ice. Reviews of Geophysics. 2001;39(3):413-445. https://doi.org/10.1029/2000RG000085Yirmibesoglu S., Oktar O., Ozsoy B. Review of scientific research conducted in Horseshoe island where potential place for Turkish Antarctic base. International Journal of Environment and Geoinformatics. 2022;9(4):11-23. https://doi.org/10.30897/ijegeo.1018913Salamatin A.N., Lipenkov V.Ya., Barnola J.M., Hori A., Duval P., Hondoh T. Snow/firn densification in Polar ice sheets. Physics of Ice Core Records II: Papers Collected after the 2nd International Workshop on Physics of Ice Core Records, held in Sapporo, Japan, 2-6 February 2007. Hokkaido University; 2007. p. 195-222. http://hdl.handle.net/2115/45449Sayers C.M. Porosity dependence of elastic moduli of snow and firn. Journal of Glaciology. 2021;67(265):788-796. https://doi.org/10.1017/jog.2021.25Banfi F., De Michele C. A local model of snow-firn dynamics and application to the Colle Gnifetti site. The Cryosphere.2020;16:1031-1056. https://doi.org/10.5194/tc-16-1031-2022De Michele C., Avanzi F., Ghezzi A., Jommi C. Investigating the dynamics of bulk snow density in dry and wet conditions using a one-dimensional model. The Cryosphere. 2013;7:433-444. https://doi.org/10.5194/tc-7-433-2013Benassai S., Becagli S., Gragnani R., Magand O., Proposito M., Fattori I., Traversi R., Udisti R. Sea-spray deposition in Antarctic coastal and plateau areas from ITASE traverses. Annals of Glaciology. 2005;4:32-40. https://doi.org/10.3189/172756405781813285Song M., Baker I., Cole D.M. The effect of particles on dynamic recrystallization and fabric development of granular ice during creep. Journal of Glaciology. 2005;51(174):377-382. https://doi.org/10.3189/172756505781829287Gow A.J., Veese D. Physical proper ties, crystal line textures and c-axis fabrics of the Siple Dome (Antarctica) ice core. Journal of Glaciology. 2007;53(183):573-584. https://doi.org/10.3189/002214307784409252Hamann L., Weikuat C., Azuma N., Kipfsiuhl S. Evolution of ice crystal microstructure during creep experiments. Journal of Glaciology. 2007;53(182):479-589. https://doi.org/10.3189/002214307783258341Matsuoka K., Uratsuka S., Fujita S., Nishio F. Ice flow-induced scattering zone within the Antarctic ice sheet revealed by high-frequency airborne radar. Journal of Glaciology. 2004;50(170):382-388. https://doi.org/10.3189/172756504781829891Veres A.N., Ekaykin A.A., Golobokova L.P., Khodzher T.V., Khuriganowa O.I., Turkeev A.V. A record of volcanic eruptions over the past 2,200 years from Vostok firn cores, central East Antarctica. Frontiers in Earth Science. 2023;11:1-12. https://doi.org/10.3389/feart.2023.1075739Polyakova E.V. Defining and applying a new approximation for the parametric probability densities of spherical particle profile sizes. Image Analysis Stereololy. 2022;41(1):1-5. https://doi.org/10.5566/ias.2539Ekaykin A.A., Bolshunov A.V., Lipenkov V.Ya., Scheinert M., Eberlein L., Brovkov E., Popov S.V., Turkeev A.V. First glaciological investigations at Ridge B, central East Antarctica. Antarctic Science. 2021;33(4):418-427. https://doi.org/10.1017/S0954102021000171Turkeev A.V., Vasiliev N.I., Lipenkov V.Ya., Bolshunov A.V., Ekaykin A.A., Dmitriev A.N., Vasiliev D.A. Drilling the new 5G-5 branch hole at Vostok Station for collecting a replicate core of old meteoric ice. Annals of Glaciology. 2021;62(85-86):305-310. https://doi.org/10.1017/aog.2021.4Voytkovsky K.F. Fundamentals of glaciology. Moscow: Nauka Publ.; 1999. (In Russ.)Войтковский К.Ф. Основы гляциологии. М.: Наука, 1999. 256 с.Leitchenkov G.L. Environmental and climate changes in Antarctica in the geological past. Ice and Snow. 2014;(4):107-116. (In Russ.)Лейченков Г.Л. Изменения климата и природной среды Антарктики в геологическом прошлом // Лед и снег. 2014. № 4. С. 107-116.Ekaykin A.A., Tchikhatchev K.B., Veres A.N., Lipenkov V.Ya., Tebenkova N.A., Turkeev A.V. Vertical profile of snow-firn density in the vicinity of Vostok station, Central Antarctica. Ice and Snow. 2022;62(4):504-511. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S2076673422040147Екайкин А.А., Чихачев К.Б., Верес А.Н., Липенков В.Я., Тебенькова Н.А., Туркеев А.В. Профиль плотности снежно-фирновой толщи в районе станции Восток, Центральная Антарктида // Лед и снег. 2022. Т. 62. № 4. С. 504-511.