HYT 047-2016 工程海冰技术规范

中华人民共和国海洋行业标准工程海冰技术规范2016-11-07发布前言 I 2规范性引用文件 3术语和定义 44.1工程海冰条件的确定 44.2冰荷载 54.3工程海冰及环境数据的获取 54.4工程海冰监测系统的建立 55工程海冰条件的确定 55.1海冰环境参数 55.2海冰特征参数 65.3海冰物理参数 85.4海冰力学参数 6冰荷载 6.1总体要求 6.2总静冰力 6.3局部冰压力 6.4动冰力 7工程海冰及环境数据获取 7.1海冰环境数据 7.2海冰特征数据 7.3海冰物理参数数据 7.4海冰力学参数数据 8工程海冰监测系统建立 218.1总体要求 8.2工程海冰监测系统建立原则 8.3工程海冰监测内容与技术要求 8.4海冰观测数据管理 附录A(资料性附录)冰情等级的划分依据 23附录B(资料性附录)工程海冰技术资料列表 24附录C(资料性附录)国内有关的海冰单轴压缩强度试验结果 25附录D(资料性附录)多腿结构的总冰力推荐计算方法 27附录E(规范性附录)海冰晶体结构观测方法 28附录F(规范性附录)海冰力学性质测定方法 参考文献 I本标准按照GB/T本标准代替HY/T本标准与HY/T1.1—2009给出的规则起草047—1999《工程海冰技术规范》。047—1999相比，除编辑性修改外主要技术变化如下：——修改了“范围”中本标准规定的内容(见第1章，1999年版第1章)——删除了“冰情与海冰划分”(见1999年版的5.1);——修改了“海冰特征参数”,修订了单层平整冰厚度的计算方法(见5.2,1999年版的5.4);——修改了“海冰力学设计指标确定”,将题目变更为“海冰力学参数”(见5.4,1999年版第6章):——修改了“摩擦系数”的计算方法(见5.4.8,1999年版的6.9)——删除了“影响冰荷载的因素”(见1999年版的7.1);——修改了“冰荷载推荐做法”,将题目变更为“总静冰力”(见6.2,1999年版的第7章);——增加了“限制准则”(见6.2.1);——修改了“局部冰压力”(见6.3,1999年版的7.5);——增加了“动冰力”(见6.4);——修改了工程海冰及环境数据的观测方法(见第7章，1999年版的5.2);——增加了“工程海冰监测系统建立”一章，明确了工程海冰监测系统的建立原则、监测内容和技术要求、观测数据管理等内容(见第8章);——增加了冰情等级的划分依据(见附录A);——增加了工程海冰技术资料列表(见附录B):——增加了多腿结构的总冰力推荐计算方法(见附录D)——修改了海冰晶体结构观测方法(见附录E,1999年版的附录A)——修改了工程海冰力学性质测定方法(见附录F,1999年版的附录B)。本标准由国家海洋局提出。本标准由全国海洋标准化技术委员会(SAC/TC283)归口。本标准起草单位：国家海洋环境监测中心、大连理工大学。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：1工程海冰技术规范本标准规定了确定工程海冰条件、计算冰荷载、获取工程海冰及环境数据和建立工程海冰环境监测系统的原则和技术要求。本标准适用于渤海和黄海北部冰区涉海工程海冰条件的观测、测试与推算。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T12763.2—2007海洋调查规范第2部分：海洋水文观测GB/T14914—2006海滨观测规范GB/T15920—2010海洋学术语物理海洋学GB/T19721.3海洋预报和警报发布第3部分：海冰预报和警报发布HY/T147.6—2013海洋监测技术规程第6部分：海洋水文、气象与海冰SY/T10031—2000寒冷条件下结构和海管规划、设计和建造的推荐作法3术语和定义GB/T15920—2010界定的以及下列术语和定义适用于本文件。所有在海上出现的冰统称海冰，除由海水直接冻结而成的冰外，它还包括来源于陆地的河冰、湖冰和冰川冰。固定冰fastice沿着海岸形成并与海岸牢固地冻结在一起的冰。[GB/T15920—2010,定义2.6.3]漂浮在海面上的冰。[GB/T15920—2010,定义2.6.5]23.2冰区固定冰区fasticezone存在沿岸冰、冰脚或搁浅冰的冰区，以及冰盖不能随风和流漂流的冰区。过渡冰区transitionicezone固定冰和大块浮冰之间的冰区，通常变化很大。它的宽度取决于季节和年度的变化，可以从数百米变化到数千米。浮冰区floeicezone在固定冰区和过渡冰区之外的冰区。整个冬季连续生长、相对未受扰动、平坦的一年平整冰，也包括断裂的平整冰块。平整冰levelice未受变形作用影响，冰面平整或冰块边缘仅有少量冰瘤及其他挤压冻结痕迹的海冰。[GB/T15920—2010,定义2.6.28]重叠冰raftedice在动力作用下，一层冰叠到另一层冰上形成的冰面较平坦的海冰。[GB/T15920—2010,定义2.6.29]堆积冰hummockedice任何原因形成的、堆积在一起，表面凹凸不平，融化时，外观象光滑小丘的海冰。[GB/T15920—2010,定义2.6.27]冰脊seaiceridge碎冰在挤压作用下形成的一排具有一定长度的山脊状的堆积冰。3.4冰期初冰日至终冰日的时间间隔。[GB/T15920—2010,定义2.6.43]3初冰期initialseaiceperiod初冰日至盛冰日的时间间隔。盛冰期middleseaiceperiod盛冰日至融冰日的时间间隔。融冰日至终冰日的时间间隔。3.5晶体结构粒状冰granularice在扰动海面上最初生成的颗粒状晶体结构的海冰。悬浮在水中的针状或薄片状细小冰晶。在相对平静条件生成的柱状晶体结构的海冰。其晶体的C轴都是在水平面内随机分布，A轴与冰表面垂直。非连续柱状冰discontinuouscolumnarice在相对平静条件生成的柱状晶体结构的海冰。在扰动水面，由冰凌或雪作为晶核冻结形成的粒状冰。又称P型冰。冰的粒径从细粒(小于1mm)到中粒(1mm～5mm),C轴随机分布。在温度梯度大或小的原生冰层下形成的柱状冰，长轴平行生长方向，粒径随深度增长而增加。又称S型冰。C轴趋向在水平面各方向随机分布或定向分布。粒状冰堆积排水后形成的冰；或在原生冰之上，由积雪饱水后或饱水积雪在排水后冻结形成的冰。又称T型冰。冰密度在0.5g/cm³~0.9g/cm³之间。各种冰径动力破碎后，又固结形成的冰。又称R型冰。粒径范围从细粒到极粗粒(大于5mm),冰晶形状各异。43.6海冰物理参数海冰孔隙率seaiceporosity海冰内各种杂质总体积与海冰总体积之比。当冰内气泡、固体盐的体积远远小于盐水体积时，可用盐水体积代表海冰孔隙率。盐水体积brinevolume海冰内盐水胞总体积与冰块总体积之比。海冰温度seaicetemperature固定冰冰层内部的温度。[GB/T15920—2010,定义2.6.42]海水结冰温度seawaterfreezingtemperature海水初始冰晶生成时的温度。单位体积海冰所包含的纯冰、卤水和固体盐的总质量。[GB/T15920—2010,定义2.6.40]海冰盐度seaicesalinity海冰自然融化成液体后的海水盐度。[GB/T15920—2010,定义2.6.41]工程海冰engineeringseaice为工程规划设计、施工建设及运行管理提供海冰学依据，主要内容包括海冰观测技术方法、冰情分析计算与预报以及海冰灾害分析与评估等。海冰工程seaiceengineering建立于有冰海域的工程结构物、建筑物、设施与装备工程的统称。4.1工程海冰条件的确定确定工程海冰条件是选择工程结构物所在海域的海冰环境条件、海冰特征参数、海冰物理参数、海冰力学参数和冰荷载的过程，以便可靠和经济地执行工程预期的功能。各项海冰条件的确定值应能保障工程设计达到安全水平。工程海冰条件包括：——海冰环境条件：根据影响海冰的生消运动过程的热力和动力要素，确定海冰环境条件中的气象与水文要素。气象要素主要包括气温和风；水文要素主要包括海水盐度、海水结冰温度、海流和水深。——海冰特征参数：根据海冰空间(区域)分布和时间变化，确定工程所在局部海域的海冰特征，结合可能引发工程风险的海冰类型，确定起控制作用的特征冰型作为设计冰型的依据，确定特征5——海冰物理参数：海冰力学参数和冰荷载特征等取决于海冰晶体结构、海冰温度密度和杂质。 —海冰力学参数：根据海冰与结构物相互作用的特点，确定影响结构物冰荷载的海冰力学性质，给出各种特征冰型的力学参数。这些海冰力学参数包括压缩强度、弯曲强度、剪切强度、断裂冰荷载是有冰海域工程结构物的控制环境荷载。冰荷载的形式和大小取决于结构类型、海冰性质及运动状态。按作用性质分类，冰荷载分为静冰力和动冰力；按结构分析分类，冰荷载分为总冰力和局部冰力。4.3工程海冰及环境数据的获取获取工程海冰及环境数据是观测工程结构物所处局部海域的海冰环境数据、海冰特征、海冰物理和力学性质等参数。4.4工程海冰监测系统的建立建立工程海冰环境监测系统包括确定沿海和海上工程所处局部海域海冰监测的建站原则、监测内容及监测数据的记录与管理方法。5工程海冰条件的确定5.1海冰环境参数气温要素的选取应根据计算海冰参数的需要来确定，主要包括：a)累计负气温冬季冰增长期累计的日平均气温。在实测平整冰厚度年最大值数据过短情况下，应考虑利用长系列的冬季冰厚增长期累计的日平均气温推算历年冰厚最大值。按照b)极端最低气温概率分布采用概率统计的方法分析历年寒潮极端最低气温，确定不同重现期的设计最低气温。历年寒潮极端最低气温和平均最低气温是推算海冰设计冰温(或强度)的重要因素。应符合5.2.2.la)的规定。应根据特定位置的调查结果或海区的风场数据给出工程所处局部冰区的风速风向，以确定平均风速和风向分布、最多风向及其风速以及最大风速及其风向。应根据特定位置的调查结果或海区温、盐图集数据给出工程所处局部冰区的海水盐度。6Tw=-0.0137-0.051990S-0.00007225S²-0.0007 具体工程的设计冰型应根据可能对该类工程构成风险的海冰类型和工程所处海域海冰特征进行7工程所处局部海域特征冰型应按固定冰区、过渡冰区和浮冰区进行划分。辽东湾和黄海北部要考虑固定冰区、过渡冰区和浮冰区的特征冰型；渤海湾和莱州湾要考虑固定冰区和浮冰区的特征冰型。三种冰区的特征冰型分别为：——固定冰区：起控制作用的特征冰型应包括平整冰或堆积冰。——过渡冰区：在有冰脊存在的海区，起控制作用的特征冰型应包括固结冰脊或未固结冰脊。——浮冰区：起控制作用的特征冰型应包括重叠冰或堆积冰。根据在工程点或邻近观测站点的实际观测结果确定初冰期、盛冰期和融冰期。5.2.2冰特征尺度计算5.2.2.1单层平整冰厚度结构物所在海区的单层平整冰设计厚度应以海冰观测站点实测的单层平整冰厚度年最大值数据为依据并计算其概率分布。在实测冰厚数据过短情况下，可由邻近气象观测站点实测的长系列历年气温数据推算出历年冰厚数据并计算其概率分布。其中，海冰观测站点包括沿海海冰观测站、沿海和海上工程站点；气象观测站点包括沿海海洋观测站和气象站、沿海和海上工程站点。单层平整冰厚度的两种计算方法为：a)实测冰厚的概率分布根据结构物所在海域实测的历年单层平整冰厚度年最大值数据，宜按皮尔逊(Pearson)Ⅲ型曲线推算不同重现期的设计厚度。在数据序列较短情况下，可根据数据间的变差关系，优化选用龚倍尔(Gumbel)曲线或威布尔(Weibull)曲线、对数正态分布推算不同重现期的设计厚度。b)由气温推算的冰厚概率分布在实测单层平整冰厚年最大值数据过短情况下，可根据建立在热力学原理上的单层平整冰厚度计算公式由结构物所在海域已知的负气温系列数据推算出对应的冰厚系列数据，见式(2),并按5.2.2.1a)计算平整冰设计厚度的概率分布。推算历年平整冰厚度应按式(2)计算：H=α[(FDD-3TDD)-K]I/2 (2)式中：H——平整冰厚度，单位为cm;FDD——在冰厚增长期内-2℃以下的累计冻冰度日，单位为℃·d;TDD——在冰厚增长期内0℃以上的累计融冰度日，单位为℃·d;K——初生冰出现时所需的冻冰度日，单位为℃·d。式(2)中的α、K值取决于各冰区单层平整冰厚度数据和气象数据，渤海α、K取值可参考表B.1。5.2.2.2重叠冰设计厚度渤海各区重叠冰一般由2cm～10cm厚的单层冰多层重叠而成，多层重叠的层次随冰厚增长而减少。海上少见冰厚大于10cm的单层冰多层重叠现象。应根据结构物所在特定位置的实测重叠冰厚度年最大值系列，推算不同重现期的设计厚度。在没有实测的重叠冰厚度数据或实测年最大值系列数据过短情况下，重叠冰的设计厚度可按平整8HY/T047—2016冰设计厚度的2.0倍设计。脊的帆高和龙骨深度之比可为1:3.3;辽东湾北部和东北部冰区的固结冰脊的固结层深度可假设为平整冰设计厚度。冰脊的其他参数可见图2。4k (3)渤海和黄海北部的单层平整冰都可看作是柱状冰(其晶体的C轴都是在水平面内随机分布，A轴工程设计中应考虑海冰温度对海冰力学参数的影响。在寒潮最低气温持续期间，平整冰断面的温9度可用平均温度作为其设计温度。不同重现期的平整冰平均温度(在假设无相变发生时)可按式(4)计算：T;=(Tia+Tjw)/2 T;——海冰设计温度，单位为℃;T——冰层上界面温度，单位为℃;冰层上界面温度T可按式(5)计算：Ta=Ta+K;(Tw-Ta)/α₁ (5)T——冰层上界面温度，单位为℃;T₄——不同重现期的设计气温，单位为℃;K;——冰盖传热系数，单位为kJ/(m²·h·℃);T——海水结冰温度，单位为℃;冰层下界面温度T;可按式(6)计算：Tiw=Tw-K;(Tw-Ta)/α₂K;——冰盖传热系数，单位为kJ/(m²·h·℃);T₃——不同重现期的设计气温，单位℃;a₂——冰盖底层放热系数，可取522.5kJ/(m²冰盖传热系数K;可按式(7)计算：K;——冰盖传热系数，单位为kJ/(m²·h·℃);a₁——冰盖表层放热系数，可取196.5kJ/(m²·h·℃);a₂——冰盖底层放热系数，可取522.5kJ/(m²·h·℃).重叠冰温度计算公式与平整冰相同，见5.3.2.1;重叠冰设计厚度按5.2.2.2确定。平整冰盐度可按式(8)计算：S;=19.007H-0.38 (8)S;——平整冰的设计盐度，无量纲量；重叠冰盐度计算公式与平整冰相同，见5.3.3.1;重叠冰设计厚度按5.2.2.2确定。冰脊的龙骨设计盐度可按平整冰底层盐度计算式(9)计算： (9)S₁——冰脊龙骨的设计盐度，无量纲量；平整冰盐水体积可按式(10)计算：vb=S;(0.532-49.185/ (10)v₁——平整冰的盐水体积，无量纲量；T;——海冰设计温度，一般取-22.9对于平整冰，在冰温大于一7.6℃时应作为冰—卤水二相系统处理，其设计密度可按式(11)计算：pn—冰内卤水密度，单位为g/cm³;vo——平整冰的盐水体积，无量纲量。纯冰的密度p;可按式(12)计算：p;=0.9168-0.00015冰内卤水密度分可按式(13)计算：pb=1+0.8/(1-54.11/T;)…………(13)pn——冰内卤水密度，单位为g/cm³;除整冰之外，其他冰型密度应考虑冰内空气和海冰析出盐分对海冰密度的影响，相对平整冰，重叠冰密度应降低5%～15%,堆积冰和冰脊的密度应降低15%～30%。b)加载方向垂直于冰面方向的加载强度。在有关的冰荷载计算中应根据具体需求给出与其他方向的强é或应力率ó表示。过渡区应变率é范围在10-4/s～10-3/s之间；对应的应力率ó范围在 (14)d)盐水体积 (15)o,=A+BT (16)T;——海冰设计温度，取-15.0℃~-0.3℃。5.4.2压缩强度a)平整冰单轴压缩强度b)重叠冰单轴压缩强度过渡冰区和浮冰区的重叠冰单轴压缩强度设计值可按多层重叠冰(原生冰和次生冰型冰多层 (18)垂直方向单轴压缩强度可取水平方向单轴压缩强度的1.0堆积冰和冰脊水平方向单轴压缩强度设计值可按有关层叠冰和集块冰的试验结果取为a)平整冰弯曲强度b)重叠冰弯曲强度 (20) 5.4.5断裂韧度E=5.32(1-0.077√vn)……各种类型海冰作用于不同型式结构物的冰荷载类型及其计算方法应符合表1的规定。对于没有提表1冰荷载类型及对应的条款宽结构窄结构多腿AAAAAAAAAAANAA垂向弯曲NANN压曲AAAAAAAA多腿结构NNAAAAAAAAAAAAAAAAAA局部冰压力AAAAA动冰力NNAAA注：A表示对应条款的计算方法适合于该类型冰荷载；N表示对应条款的计算方法不适合该类型冰荷载；A(a)表示对于宽的斜面结构，可仍按竖直面计算冰荷载。6.2总静冰力6.2.1限制准则在确定设计冰力过程中，宜考虑环境驱动力限制、冰动量限制和冰极限强度限制等三种限制准则进行冰力计算。6.2.2受环境驱动力限制的荷载按照SY/T10031—2000中5.4.3的规定执行。6.2.3受冰动量限制的荷载按照SY/T10031—2000中5.4.5的规定执行。6.2.4受冰极限强度限制的荷载6.2.4.1平整冰的挤压荷载在常见的冰速范围下，当较大尺寸的海冰与较窄结构相互作用，或结构宽度(D)与冰厚(H)比值较小时，冰可产生挤压破坏。平整冰的挤压荷载计算可在以下2种方法中选取：a)多系数公式冰在结构前挤压破坏时对结构产生的冰荷载，可按式(24)计算：F。=mlfcocDH (24)f.接触系数；对圆形截面的结构，嵌入系数I和接触系数f.的乘积由经验式(25)确定，If。If₄=3.57H°.1/D0.5 (25)按照SY/T10031—2000中5.4.8的规定执行。b)斜面结构上冰的弯曲荷载面宽度的0.1倍。F₄=K。H²σ (27)按照SY/T10031—2000中5.4.10的堵塞等因素。多腿结构冰力的计算方法参见附录D。若海冰与桩柱冻结，应考虑水位升降时海冰对桩柱产生的竖向冻结荷载。柱桩间距等于或大于F=kH²σ (28)式中：表2式(28)中的系数k值1234k注：D对圆柱为直径；对矩形截面桩腿为矩形边长乘积的几何平均按照SY/T10031—2000中5.4.14的规定执行。按照SY/T10031—2000中5.4.7的规定执行。6.4动冰力6.4.1直立结构动冰力直立结构冰力应考虑间歇性挤压冰力、频率锁定冰力和连续脆性挤压冰力三种，见图3,其中t为会t图3典型的直立结构冰力说明：图4典型的间歇性挤压冰力时程曲线6.4.1.3频率锁定冰力频率锁定冰力的简化计算模型见图5。图5典型的直立结构自激冰力时程曲线连续脆性挤压冰力发生在快冰速下(冰速大于0.1m/s),可使用功率谱方法进行计算。锥体结构动冰力的简化计算模型为图6。图6典型的锥体结构动冰力时程曲线Fo,mem=Fmin+0.56(Fo.mx—FT=lb/t……风数据的获取应按GB/T14914—2006第11章的规定执行。空气温度数据的获取应按GB/T14914—2006第13章的规定执行。宜使用温度计、温湿度仪或自动气象站进行观测。自动气象站的使用应符合HY/T147.6—2013第9章的要求。表层海水温度数据的获取应按GB/T14914—2006中第7章的规定执行。宜使用数字测温仪或温盐深仪进行观测。数字测温仪的使用应符合HY/T147.表层海水盐度数据的获取应按GB/T14914—2006中第8章的规定执行。宜使用温盐深仪进行观测。温盐深仪的使用应符合GB/T12763.2—2007中6.2.1的要求。海流数据的获取按GB/T12763.1—2007中第7章的规定执行。7.2海冰特征数据7.2.1冰型数据冰型数据的获取应按GB/T14914—2006中10.2.2的规定执行。宜使用目测方法进行观测。7.2.2冰表面特征数据冰表面特征数据的获取应按GB/T14914—2006中10.2.3的规定执行。宜使用目测方法进行观测。7.2.3浮冰冰状和最大浮冰块水平尺度数据浮冰冰状和最大浮冰块水平尺度数据的获取应按GB/T14914—2006中10.2.4的规定执行。最大浮冰块水平尺度观测宜使用激光测距仪，应符合HY/T147.6—2013中10.3的要求。7.2.4浮冰漂流方向和速度数据浮冰漂流方向和速度数据的获取应按GB/T14914—2006中10.2.6的规定执行。宜使用激光测距仪或X波段雷达进行观测。激光测距仪的使用应符合HY/T147.6—2013中10.3的要求；X波段雷达的使用应符合HY/T147.6—2013中10.4的要求。7.2.5堆积量数据堆积量数据的获取应按GB/T14914—2006中10.2.7的规定执行。7.2.6固定冰宽度数据固定冰宽度数据的获取应按GB/T14914—2006中10.2.8的规定执行。宜使用激光测距仪进行观测。激光测距仪的使用应符合HY/T147.6—2013中10.3的要求。7.2.7海冰厚度数据海冰厚度数据的获取应按GB/T14914—2006中10.2.9的规定执行。7.3海冰物理参数数据7.3.1海冰晶体结构数据海冰晶体结构数据的测定应按附录E给出的要求执行。7.3.2海冰温度数据海冰温度数据的获取应按GB/T14914—2006中10.2.10的规定执行。宜使用数字测温仪进行观测，数字测温仪的使用应符合HY/T147.6—2013中20.2的要求。7.3.3海冰盐度和密度数据海冰盐度和密度数据的获取应按GB/T14914—2006中10.2.10的规定执行。7.4海冰力学参数数据7.4.1海冰单轴压缩强度数据海冰单轴压缩强度数据的获取应按F.2给出的要求执行。7.4.2海冰侧限压缩强度数据海冰侧限压缩强度数据的获取应按F.3给出的要求执行。7.4.3海冰弯曲强度数据海冰弯曲强度数据的获取应按F.4给出的要求执行。7.4.4海冰剪切强度数据海冰剪切强度数据的获取按应F.5给出的要求执行。7.4.5海冰弹性模量与泊松比数据海冰弹性模量与泊松比数据的获取应按F.6给出的要求执行。7.4.6海冰摩擦系数数据海冰摩擦系数数据的获取应按F.7给出的要求执行。8工程海冰监测系统建立8.1总体要求处于冰区条件下的工程设计和安全运行需求，可建设完整可靠的工程海冰监测系统，至少包括以下主要设施：——中心站：用于连续采集、处理和记录海冰及环境观测数据，同时可接受和处理海冰观测站/指标站和相邻工程监测站等外部获取环境数据，并将处理后的数据发送到数据需求机构；——海冰环境要素观测站：一般采用自动气象站连续监测气温、风速和风向等气象要素信息，实时向中心站传输数据；——海冰要素观测站：在工程所在海域定期获取冰厚、流冰方向与速度等海冰要素信息，经过数据质量控制后发送到中心站，有条件的工程应建设连续观测站。8.2工程海冰监测系统建立原则8.2.1沿海工程海冰监测站建立原则以工程附近海域(以工程为中心30km范围内)是否有常规海冰观测站/指标站，是否有同类工程海冰监测站，以及是否能以公开方式获取上述海冰观测资料为判据，确定是否需要建立工程海冰监测站以及海冰监测站需要观测的冰情要素。主要包括以下三种情况：——若工程附近海域有常规海冰观测站/指标站，且可以公开方式获取海冰观测资料，则可直接应用观测站/指标站观测信息与资料；——若工程附近海域无常规海冰观测站/指标站，有同类工程海冰监测站，且可以公开方式获取海冰观测资料，则可直接利用该海冰监测站观测信息与资料；——若工程附近海域无常规海冰观测站/指标站，也无同类工程海冰监测站，或无法以公开方式获取海冰观测资料，则需要建立该工程的海冰监测站，获取所需的完整数据，并进行规范化积累。8.2.2海上工程海冰监测站建立原则以工程附近海域(以工程为中心30km范围内)是否有同类工程海冰监测站，以及是否能以公开方式获取上述海冰观测资料为判据，确定是否需要建立工程海冰监测站以及海冰监测站具体观测海冰要素内容。主要包括以下两种情况：——若工程附近海域有同类工程海冰监测站，且可以公开方式获取海冰观测资料，则可直接利用该海冰监测站观测信息与资料； 若工程附近海域无同类工程海冰监测站，或无法以公开方式获取海冰观测资料，则需要建立该工程的海冰监测站，获取所需的完整数据，并进行规范化数据记录、报表记录与数据管理。8.3工程海冰监测内容与技术要求海冰环境要素应至少包括气温、风速和风向等环境要素。海冰要素应对固定冰和浮冰分别进行记录：固定冰至少包括冰型、堆积量，应分别符合7.的要求。浮冰至少包括冰型、浮冰平整冰厚度(若为重叠冰，重叠冰和单层平整冰厚度均需记录)、海冰上述数据宜8:00～18:00每小时整点记录。海冰环境要素应至少包括气温、风速和风向等环境要素。海冰要素应至少包括海冰类型、浮冰平整冰厚度(若为重叠冰，重叠冰和单层平整冰厚度均需记上述数据宜8:00～18:00每小时整点记录。每日生成工程海冰观测报表，包括8.3中的具体观测内容，于次日晨(如早8:00)发送到工程安全管理相关部门。每年终冰日之后结束，对当年工程海冰观测站所获取观测数据和观测报表进行统一存储，应按GB/T14914—2006的规定执行。(资料性附录)冰情等级的划分依据国家海洋局于1973年制定了《中国海冰情预报等级》1,共划分为五个级别：轻冰年、偏轻年、常冰年、偏重年、重冰年。不同海区的冰情等级划分依据有所差别，如表A.1中国海冰冰情预报等级。表A.1中国海冰冰情预报等级海区结冰范围1(轻冰年)小于35小于15,最大30小于5小于10,最大20小于5小于10,最大20小于10小于10,最大202(偏轻年)15～25,最大4510～20,最大3510～15,最大3010～20,最大353(常冰年)15～25,最大454(偏重年)30～40,最大655(重冰年)大于125大于65大于35序葫芦岛23李桐魁[4]4李桐魁[4]56刘德辅[]辽东湾南区和北区7刘德辅[]葫芦岛和鲅鱼圈海洋站(资料性附录)国内有关的海冰单轴压缩强度试验结果国内历年试验获得的单轴压缩强度经验公式见表C.1。几种典型的统计图见图C.1～图C.4。表C.1国内历年试验获得的单轴压缩强度经验公式试验时间说明大连湾搁浅冰晶体结构为T型3～4个过渡层辽东湾东南沿岸某港区度；T;为试件温度；S;为试件盐度；v₁为试件盐水体积。℃(资料性附录)F,=k,k,k;F₁可认为是桩腿数量n,对于典型的4桩腿结构，k,取值范围在3.0～3.5之间；k;考虑冰堵塞效应的引入系数，当桩腿间距L小于桩腿宽度w的4倍时考虑冰堵塞的可(规范性附录)海冰晶体结构观测方法E.1技术要求E.1.1观测要素晶体形状，冰片方向(//或上),冰片位置，单晶(和整体)C轴方向，冰晶的粗粒径尺寸(大于5mm)、中粒径尺寸(1mm～5mm),冰晶数量和面积，杂质与空隙的面积。E.1.2测量的单位和最大允许误差海冰晶体结构观测要素的单位和最大允许误差包括：——单晶C轴方向的单位为角度(°),最大允许误差规定为±2°;——冰晶(粗、中)粒径尺寸的单位为mm,最大允许误差为±1mm;——冰晶数量的单位为个，最大允许误差为士1个；——冰晶面积的单位为cm²;——杂质与空隙面积的单位为cm²。E.1.3采样原则现场采集晶体结构试样时，应尽可能采集完整厚度的冰块，并标识测定现场海冰的原始方位和方向。采样后立即密封在一15℃以下温度储存。冰片取样应根据完整厚度冰块的宏观构造，按冰块构造层次确定水平冰片取样的位置和数量。垂直冰片应在紧邻水平冰片的侧面取样，可根据冰块的厚度分成若干段。E.1.4冰片制作程序冰片制作程序包括：a)在冰盖厚度断面和冰盖的水平面将其分别切割成面积约为60mm×60mm,厚约15mm的冰块；b)用磨片机或其他光滑物将小冰块观测面磨平。用手掌或其他热源将厚1.5mm的载物玻璃适当加热并快速将载物玻璃与冰块紧压在一起使其形成胶结；c)用刀片等物将载物玻璃上的冰块刮至成约1mm的冰片；d)用细沙片或玻璃砖等物将粗加工成的冰片磨平并磨至0.4mm的厚度。薄冰片不能成楔形；e)在加工成的冰片上盖上玻璃并贴上标签；f)在一15℃以下温度储存。E.2观测方法冰柱垂直断面晶体形状的宏观观测可用肉眼测量或4轴旋转台(莱兹台或费氏台)进行测量。冰片位置可用一般的直尺测量。C轴方向应采用4轴旋转台进行测定。冰晶粒径尺寸、冰晶数量和面积、杂质与空隙的面积可用旋转台配置数码相机对晶体结构进行拍照记录，用计算尺或刻有计算网格的透明塑料盖板作为标尺，用于后续的测量和统计分析。单冰晶C轴测定程序如下：a)将4轴旋转台的两个水平轴—南北轴(N-S)和东西轴(E-W)调到0°;b)选择测量晶粒面并转动外直立轴(I-V)使晶粒至消光；c)转(N-S)试验消光有无变化。如果消光变化，仍然恢复(N-S)到0°。转(I-V)90°至另一个消光位置。再转(N-S)验其是否消光。此时必见消光不变，说明东西直立平面内必包含C轴(光轴);d)转外东西轴(O-E-Y)20°~30°(注意多少)或向南或向北，再转(N-S)至消光位。此时它在东西方向或与镜轴平行，C轴的倾角可在东西两刻度弧上读出；e)使验光轴在东西向或直立。转(O-E-V)至任意一角度，在转载物台(MS)45°晶粒如仍然黑暗，此时C轴与物镜轴平行，如果明亮，此时C轴垂直于物镜轴，并且垂直于(N-S);f)记下(I-V)和(N-S)的读数。有两个特殊的方位不易测验，第一种是冰片的C轴大致平行于物镜轴。(I-V)的转动，晶粒永远黑暗，按照g)～j)的规定执行。第二种是冰片的C轴垂直于物镜轴。经过步c)的试验，(I-V)的不论在南北或东西位置总是消光，按照k)～1)的规定执行；g)转(N-S)使晶粒明亮为止；h)转(I-V)恢复消光；i)(N-S)恢复原位，(I-V)不动；j)免除a)～c)步骤，继续d)～f)各步骤；k)晶粒转至消光，不论C轴在南北或东西，转外东西轴(O-E-V)任意角度；I)转(N-S)。晶粒永远黑暗，则C轴在南北直立平面，是证明C轴原在南北水平。如果消光消E.3观测记录的整理海冰晶体结构观测和统计效据的报表格式见表E.1。表E.1海冰晶体结构观测记录表晶体形状C轴方向/°(规范性附录)海冰力学性质测定方法F.1.1测试指标海冰力学测试指标主要包括：单轴压缩强度、侧限压缩强度、弯曲强度、剪切强度、弹性模量、泊松比、海冰摩擦系数。影响因素主要包括：晶体结构、盐水体积、温度、密度、加载方向和加载速率，以及(影响海冰摩擦系数的)拖曳速度和正压荷载。F.1.2采样原则数据采样应有代表性。常规采样冰型应为平整冰、重叠冰。非常规采样冰型应包括工程海冰设计条件中涉及的各种冰型。现场采集海冰强度试件时，应测定现场海冰的原始方位和方向。同时测定现场海冰的厚度、温度梯度和海水的温度、盐度；采集现场海冰盐度梯度试样和密度梯度试样并进行测定；可采集现场海冰境地结构试样并进行测定。海冰强度试件的取样，在冰层构造复杂的情况下，水平方向强度试件应分层取样，采样和运输过程中应避免试件产生初始微裂缝或破损。F.1.3试件形状和尺度比例压缩强度试件的形状可为圆柱体或长方体。其直径或宽度宜为冰晶粒径的5～10倍以上，高度宜为直径或宽度的2.5倍。三点弯曲强度试件的形状应为长方体，简支梁跨长宜为试件高度的10倍。剪切强度试件的形状可为正方体或长方体，剪切面宽度宜为冰晶粒径的5～10倍以上。F.1.4试件温度各种强度试件的温度系列应为一3.0℃、一6.0℃、一9.0℃、-12.0℃和一15.0℃五种温度。试件温度的恒温过程应按高温至低温进行，恒温应达12h以上，保证试件内外温度与试验温度一致。F.1.5试件盐度试件盐度应按试件恒温系列分别采样和测定。F.1.6试件晶体结构可用原位冰柱晶体结构观测数据描述。F.1.7加载速率加载速率测试分析宜包括实际工程海冰条件下的加载速率，对每一种试件温度进行五个加载速率的试验，其中压缩强度加载速率需特别关注韧脆破坏方式过渡区范围，每个速率数据样本应具有足够的保证率。加载速率可用应变率或应力率描述。F.1.8试件类型根据海冰试件的加载方向和侧限形式，将海冰试样分为5种基本类型：——水平试件的侧限板垂直于冰盖平面方向规定为(A型); 水平试件的侧限板平行于冰盖平面方向规定为(B型);——水平试件的无侧限类型规定为(C型);——垂直试件的侧限类型规定为(D型);——垂直试件的无侧限类型规定为(E型)。图F.1海冰试件类型F.2单轴压缩强度测定F.2.1技术要求F.2.1.1观测要素试件尺寸、试件类型、轴向荷载、记录时间、压头位移及试件的温度、盐度。其中，水平方向试样类型为C型；垂直方向试样类型为E型。F.2.1.2测量的单位和最大允许误差单轴压缩强度测量的单位和最大允许误差包括： 试件尺寸的单位为mm,最大允许误差规定为+1mm。——荷载的单位为N,最大允许误差规定为±0.1N。——记录时间的单位为s,最大允许误差规定为±1s。——压头位移的单位为mm,最大允许误差规定为±0.025mm。——加载速率的单位为mm/s,最大允许误差规定为±0.025mm/s。——试件温度的单位为℃,最大允许误差规定为±0.5℃。——试件盐度最大允许误差规定为±0.5。圆柱体试件尺寸可为(长)175mm×(直径)70mm;棱柱体试件尺寸可为(长)175mm×(边长)70mm×(边长)70mm。海冰单轴压缩强度试验应在接近试件温度的环境忽略的柔性材料或一张纸。加载速率通过压力试验机的控制系统进行控制。试验时应同时记录时间、海冰单轴压缩强度观测记录数据报表的参考格式见表F.1。℃F.3侧限压缩强度测定棱柱体试件尺寸可为(长)175mm×(边长)70mm×(边长)70mm。F.3.2观测方法海冰侧限压缩强度观测记录数据报表的参考格式见表F.2。℃F.4.1.2测量的单位和最大允许