Океанические илы исследовались как грунты основания агрегата сбора железомарганцевых конкреций — подводного робота, способного перемещаться по океанскому дну. Для определения проектных характеристик основания агрегата сбора, таких как критических нагрузок, сопротивлений сдвигу, сил предельного сопротивления и тяговых усилий, необходимы параметры прочности илов. Процесс определения прочностных характеристик должен учитывать природные особенности илов, специфику глубоководных инженерно-геологических исследований, интенсивность и характер механического воздействия, а также эффективно способствовать их надежной оценке при минимальных затратах времени и ресурсов. Поиск путей оптимизации опирается на лабораторные методы испытания слабых грунтов: пенетрации, вращательного среза и оценки тиксотропных свойств. На основе анализа публикаций и результатов экспериментов установлено, что наилучшее определение параметров прочности илов с учетом принятых критериев достигается при кинематическом срезе образцов крыльчаткой в приборе вращательного среза. По результатам испытаний образцов ненарушенного сложения в судовых условиях их нормативный параметр прочности принят равным 6,00 кПа. При разрушении структурных связей илы резко снижают свою прочность, превращаясь в пастообразную массу; сопротивление вращательному срезу снижается до 0,35 кПа, удельное сопротивление пенетрации — 1,10 кПа. Интенсивное нарастание прочности илов в процессе структурообразования наблюдается в течение 6 сут, далее процесс замедляется и идет со скоростью, стремящейся к нулю. Средний коэффициент упрочнения довольно низок — 2,3, полученный расчетным путем для периода времени 1000 сут — 2,9.

1. Ананьев А.А., Кондратенко А.В., 2012. Программа проектирования основания агрегата сбора глубоководных железомарганцевых конкреций. Актуальные проблемы современного строительства и пути их эффективного решения, Материалы Международной научно-практической конференции, Часть II, Санкт-Петербург, 2012, с. 38–39.
2. Бойченко П.О., 1964. Определение пределов пластичности и консистенции глинистых грунтов методом конус. Изд-во Ленинградского университета, Ленинград.
3. Бронин В.Н., Ананьев А.А., 2004. Моделирование взаимодействия естественного грунтового основания дна океана с подвижными механизмами сбора конкреций. В кн. под ред. Я.В. Неизвестнова, И.Ф. Глумова, Инженерная геология рудной провинции Кларион-Клиппертон в Тихом океане. Наука, Санкт-Петербург, с. 45–50.
4. Бронин В.Н., Ананьев А.А., Кондратенко А.В., Меньших Н.Н., 1985. Оценка тиксотропных свойств илов района Кларион-Клиппертон. В сб. научных трудов под ред. Я.В. Неизвестнова, Инженерно-геологические свойства донных отложений Мирового океана. Изд-во ПГО «Севморгеология», Ленинград, с. 82–86.
5. Вознесенский Е.А., Федотов А.Ю., 1991. Динамические свойства глубоководных илов Тихого океана. Инженерная геология, № 3, с. 9–19.
6. Волков А.В., 2021. Перспективы подводной добычи золота и других стратегических металлов в океанских недрах. Золото и технологии, № 3, с. 1–16.
7. Вялов С.С., 1978. Реологические основы механики грунтов. Высшая школа, Москва.
8. Горькова И.М., 1975. Физико-химические исследования дисперсных осадочных пород в строительных целях. Стройиздат, Москва.
9. Иванов В.Н., Кондратенко А.В., 1984. Инженерно-геологические условия района Кларион-Клиппертон. В сб. научных трудов под ред. А.И. Айнемера, Д.С. Яшина, Кайнозойское морское осадконакопление и рудогенез. Изд-во ПГО «Севморгеология», Ленинград, с. 72–85.
10. Кондратенко А.В., 2012. Физико-механические свойства донных образований на глубоководных месторождениях железомарганцевых конкреций. Горный журнал, № 3, с. 37–41.
11. Кондратенко А.В., Куринный Н.А., Иванов В.Н., Козлов С.А., Зайончек В.Г., Бевзюк В.М., Тестова Н.П., 1986. Методические рекомендации по лабораторному изучению инженерно-геологических свойств глубоководных донных осадков. Изд-во ПГО «Севморгеология», Ленинград.
12. Лаптева А.М., Мустафа Т.С., Смольникова А.В., Чернова А.Д., 2021. Оценка перспектив рационального освоения ресурсов
железомарганцевых конкреций дна Мирового океана в контексте эволюции мировых рынков меди, никеля, кобальта и марганца. Руды и металлы, № 1, с. 6–25, https://doi.org/10.47765/0869-5997-2021-10001.
13. Лысенко М.П., Новожилов Г.Ф., Сидоров Н.Н., 1970. Опыт комплексного исследования свойств илов Сиваша. В сб. трудов Новые методы возведения промышленных и гражданских сооружений на слабых водонасыщенных грунтах. Изд-во Рижского политехнического института, Рига, с. 98–104.
14. Маслов Н.Н., 1984. Физико-техническая теория ползучести грунтов в практике строительства. Стройиздат, Москва.
15. Разоренов В.Ф., 1989. Пенетрационные испытания грунтов. Стройиздат, Москва.
16. Ступников В.С., Данчук Е.М., Черкасова Л.И., 2020. Тиксотропия глинистых грунтов. Международный журнал прикладных наук и технологий «Integral», № 1, Статья 2.
17. Юнгмейстер Д.А., Смирнов Д.В., Вержанский А.П., Исаев И.А., 2015. Машины и оборудование для добычи железомарганцевых конкреций. Политехника-сервис, Санкт-Петербург.
18. Ananev A.А., 2023. Investigation of the сharacteristics of the deep-water silty base of the ferromanganese nodules collection unit. Technologies, Materials Science and Engineering, Proceedings of the 2nd International scientific and practical Conference, Dushanbe, 2023, ID 020027, https://doi.org/10.1063/5.0158747.
19. Ananiev A.А., 2023. Study of the resistance on the side surface of the underwater vehicle’s soil base. Smart Geotechnics for Smart Societies, Proceedings of the 17th Asian regional Conference on soil mechanics and geotechnical engineering, Astana, 2023, pp. 2227–2234, https://doi.org/10.1201/9781003299127.
20. Breedlove T., Rousseau J., 2022. Novel concept approval and technology qualification of systems and vessels for deep sea extraction of polymetallic modules. Proceedings of the Offshore technology Conference, Vol. 3, Houston, Texas, USA, 2022, pp. 1579–1587.
21. Chi S-B., Hyeong K-S., Kim J-U., Kim H-S., Lee G-C., Son S-K., 2003. Classification of deep-sen sediment by geotechnical properties from the KODOS area in the C-C Zone of the Northeast Equatorial Pacific. Ocean and Polar Research, Vol. 25, pp. 4–10,
https://doi.org/10.4217/OPR.2003.25.4.529.
22. Liu Z., Liu K., Chen X., Ma Z., Zhang H., Lv R., Wei C., Ma K., 2023. Deep-sea rock mechanics and mining technology: state of the art and perspectives. International Journal of Mining Science and Technology, Vol. 33, Issue 9, pp. 1083–1115, https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2023.07.007.
23. Tisot J.P., Gerard B., 1981. Analysis of physical and mechanical properties of deep sea sediments from potential manganese nodule mining areas in the North Central Pacific. Proceedings of the 13th Annual Offshore technology Conference, Houston, Texas, USA, 1981, pp. 139–146.
24. Wang H., Liu H., Zhang M., 2014. Undrained shear strength behavior of ocean silt under low stress conditions and its application to analyzing submarine shallow landslides. Yanshilixue Yu Gongcheng Xuebao/Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, Vol. 33, No. 4, pp. 849–856.

АНАНЬЕВ А.А.*
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, г. Санкт-Петербург, Россия, andrej.3@mail.ru
Адрес: 2-я Красноармейская ул., д. 4, г. Санкт-Петербург, 190005, Россия
КОНДРАТЕНКО А.В.
ФГБУ «ВНИИОкеангеология», г. Санкт-Петербург, Россия, kondr@vniio.nw.ru
Адрес: Набережная р. Мойки, д. 124, г. Санкт-Петербург, 190121, Россия

Oceanic silts were studied as the soil base for a ferromanganese nodule collection unit, an underwater robot capable of moving along the ocean floor. To calculate models of design characteristics of the base and collection unit such as critical loads, shear resistance, ultimate resistance forces, traction forces, silts strength parameters are required. The process of determining the strength parameters should take into account the natural characteristics of silts, the specifics of deep-water geological-engineering investigations, the intensity and nature of mechanical impact, and also contribute to their reliable assessment faster and better than other methods with minimal time and resource costs. The search for optimization paths is based on the laboratory methods for testing soft soils: penetration, rotary cut and assessment of thixotropic properties. Based on publications and analysis of experimental results, it has been found out that the best determination of silt strength parameters, taking into account the adopted criteria, is achieved at kinematic cut of samples by a vane in a rotary cut device. Based on the results of testing samples of undisturbed silt under ship conditions, their standard strength parameter was taken equal to 6.00 kPa. When structural bonds are destroyed, silts dramatically reduce their strength turning into a pasty mass; the resistance to rotational cut decreases down to 0.35 kPa, the specific penetration resistance — 1.10 kPa. The average hardening coefficient is quite low 2.3, the coefficient obtained by calculation for the period of 1000 days — 2.9.

1. Ananyev A.A., Kondratenko A.V., 2012. Program for designing the soil base of a collection unit for deep-sea ferromanganese nodules. Current problems of modern construction and ways of their effective solution, Materials of the International scientific and practical Conference, Part II, Saint Petersburg, 2012, pp. 38–39. (in Russian)
2. Boychenko P.O., 1964. Determination of plasticity limits and consistency of clay soils by the cone method. Methodical instructions. Publishing house of the Leningrad University, Leningrad. (in Russian)
3. Bronin V.N., Ananyev A.A., 2004. Modeling the interaction of the natural soil base of the ocean floor with mobile mechanisms for collecting concretions. In book Ya.V. Neizvestnov, I.F. Glumov (eds), Engineering geology of the Clarion-Clipperton ore province in the Pacific Ocean. Nauka, Saint Petersburg, pp. 45–50. (in Russian)
4. Bronin V.N., Ananyev A.A., Kondratenko A.V., Menshikh N.N., 1985. Assessment of thixotropic properties of silts of the Clarion-Clipperton region. In collection of scientific papers Ya.V. Neizvestnov (ed.), Engineering-geological properties of bottom sediments of the World Ocean. Publishing house of the Sevmorgeologiya, Leningrad, pp. 82–86. (in Russian)
5. Voznesensky E.A., Fedotov A.Yu., 1991. Dynamic properties of deep-sea silts of the Pacific Ocean. Inzhenernaya Geologiya, No. 3, pp. 9–19. (in Russian)
6. Volkov A.V., 2021. Prospects for underwater mining of gold and other strategic metals in the ocean. Gold and Technology, No. 3, pp. 1–16. (in Russian)
7. Vyalov S.S., 1978. Rheological principles of soil mechanics. Vysshaya shkola, Moscow. (in Russian)
8. Gorkova I.M., 1975. Physical-chemical studies of dispersed sedimentary rocks for construction purposes. Stroyizdat, Moscow. (in Russian)
9. Ivanov V.N., Kondratenko A.V., 1984. Engineering-geological conditions of the Clarion-Clipperton area. In collection of scientific papers A.I. Ainemer, D.S. Yashin (eds), Cenozoic marine sedimentation and ore genesis. Publishing house of the Sevmorgeologiya, Leningrad, pp. 72–85. (in Russian)
10. Kondratenko A.V., 2012. Physical-mechanical properties of bottom formations in deep-sea deposits of ferromanganese nodules. Gornyi Zhurnal, No. 3, pp. 37–41. (in Russian)
11. Kondratenko A.V., Kurinny N.A., Ivanov V.N., Kozlov S.A., Zayonchek V.G., Bevzyuk V.M., Testova N.P., 1986. Guidelines for laboratory study of engineering-geological properties of deep-sea bottom sediments. Publishing house of the Sevmorgeologiya, Leningrad. (in Russian)
12. Lapteva A.M., Mustafa T.S., Smolnikova A.V., Chernova A.D., 2021. Assessment of potential efficient development of the World ocean ferromanganese nodules in the context of global copper, nickel, cobalt and manganese market evolution. Ores and Metals, No. 1, pp. 6–25, https://doi/org/ 10.47765/0869-5997-2021-10001. (in Russian)
13. Lysenko M.P., Novozhilov G.F., Sidorov N.N., 1970. Experience of a comprehensive study of the properties of Sivash silts. In collection of papers New methods of constructing industrial and civil structures on soft saturated soils. Publishing house of the Riga Polytechnic Institute, Riga, pp. 98–104. (in Russian)
14. Maslov N.N., 1984. Physical-technical theory of soil creeping in construction practice. Stroyizdat, Moscow. (in Russian)
15. Razorenov V.F., 1989. Penetration tests of soils. Stroyizdat, Moscow. (in Russian)
16. Stupnikov V.S., Danchuk E.M., Cherkasova L.I., 2019. Thixotropy of clayey soils. International Journal of Applied Sciences and Technologies “Integral”. No. 1, ID 2. (in Russian)
17. Yungmeister D.A., Smirnov D.V., Verzhansky A.P., Isaev I.A., 2015. Machines and equipment for extraction of ferromanganese nodules. Politekhnikaservis, Saint Petersburg. (in Russian)
18. Ananev A.А., 2023. Investigation of the сharacteristics of the deep-water silty base of the ferromanganese nodules collection unit. Technologies, Materials Science and Engineering, Proceedings of the 2nd International scientific and practical Conference, Dushanbe, 2023, ID 020027, https://doi.org/10.1063/5.0158747.
19. Ananiev A.А., 2023. Study of the resistance on the side surface of the underwater vehicle’s soil base. Smart Geotechnics for Smart Societies, Proceedings of the 17th Asian regional Conference on soil mechanics and geotechnical engineering, Astana, 2023, pp. 2227–2234, https://doi.org/10.1201/9781003299127.
20. Breedlove T., Rousseau J., 2022. Novel concept approval and technology qualification of systems and vessels for deep sea extraction of polymetallic nodules. Proceedings of the Offshore technology Conference, Vol. 3, Houston, Texas, USA, 2022, pp. 1579–1587.
21. Chi S-B., Hyeong K-S., Kim J-U., Kim H-S., Lee G-C., Son S-K., 2003. Classification of deep-sen sediment by geotechnical properties from the KODOS area in the C-C Zone of the Northeast Equatorial Pacific. Ocean and Polar Research, Vol. 25, pp. 4–10,
https://doi.org/10.4217/OPR.2003.25.4.529.
22. Liu Z., Liu K., Chen X., Ma Z., Zhang H., Lv R., Wei C., Ma K., 2023. Deep-sea rock mechanics and mining technology: state of the art and perspectives. International Journal of Mining Science and Technology, Vol. 33, Issue 9, pp. 1083–1115, https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2023.07.007.
23. Tisot J.P., Gerard B., 1981. Analysis of physical and mechanical properties of deep sea sediments from potential manganese nodule mining areas in the North Central Pacific. Proceedings of the 13th Annual Offshore technology Conference, Houston, Texas, USA, 1981, pp. 139–146.
24. Wang H., Liu H., Zhang M., 2014. Undrained shear strength behavior of ocean silt under low stress conditions and its application to analyzing submarine shallow landslides. Yanshilixue Yu Gongcheng Xuebao/Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, Vol. 33, No. 4, pp. 849–856.

ANDREY A. ANANYEV*
Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering; Saint Petersburg, Russia; andrej.3@mail.ru
Address: Bld. 4, 2nd Krasnoarmeyskaya St., 190005, Saint Petersburg, Russia
ANATOLY V. KONDRATENKO
Federal State Budgetary Institution “VNIIOkeangeologia”, Saint Petersburg, Russia; kondr@vniio.nw.ru
Address: Bld. 124, Moika Enb., Saint Petersburg, 190121, Russia