вечюмерз

ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА

«Вечная мерзлота» (многолетняя криолитозона, многолетняя мерзлота) — часть криолитозоны, характеризующаяся отсутствием периодического протаивания. Общей площадью 35 млн км².

Почти на половине территории России (более 60%) распространена вечная мерзлота. Она охватывает север европейской территории и Западной Сибири, а за Енисеем встречается от северных морей до южных границ нашей страны. В условиях сурового климата с холодной и длинной зимой, с маломощным снежным покровом произошло глубокое промерзание поверхностных слоев горных пород. Вечная мерзлота — реликт прошлого, она образовалась многие тысячелетия назад. Об этом свидетельствуют находки в мерзлом грунте остатков древних растений, туш животных, которые погибли в периоды похолоданий. Однако современные климатические условия поддерживают ее существование. На севере многолетняя мерзлота образует зону сплошного распространения. К югу в ней встречаются безмерзлотные участки — зона прерывистого расположения многолетней мерзлоты, а затем следует зона островного распространения вечной мерзлоты. Толщина мерзлотных слоев колеблется от нескольких метров на юге до нескольких сотен метров на севере. Летом верхний тонкий слой (от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров) почвы и грунта в районах многолетней мерзлоты оттаивает. Образующаяся при этом влага используется растениями. Благодаря этому в континентальных районах Восточной Сибири, где выпадает очень мало осадков, существует тайга. Но в условиях многолетней мерзлоты произрастают лишь те деревья, у которых поверхностная корневая система, располагающаяся в слое летнего оттаивания (лиственница).

Распространенность и изучение

Многолетняя мерзлота — необычное явление природы, на которое обратили внимание еще землепроходцы в XVII в. О ней упоминал в своих работах В.Н. Татищев (начало XVIII в.). Первые научные исследования мерзлоты были проведены А. Миддендорфом (середина XIX в.) во время его экспедиции на север и восток Сибири. Миддендорф впервые произвел измерения температуры мерзлого слоя в ряде пунктов, установил его мощность в северных районах, высказал предположения о происхождении мерзлоты и причинах ее широкого распространения в Сибири. Во второй половине XIX в. и начале XX в. мерзлота изучалась попутно с изыскательскими работами геологами и горными инженерами. В советские годы проводились серьезные специальные исследования многолетней мерзлоты М.И. Сумгиным, П.Ф. Швецовым, А.И. Поповым, И.Я. Барановым и многими другими учеными.

Область распространения многолетней мерзлоты в России занимает около 11 млн км2, что составляет почти 65% территории страны.

Южная ее граница проходит по центральной части Кольского полуострова, пересекает Восточно-Европейскую равнину близ полярного круга, по Уралу отклоняется к югу почти до 60° с.ш., а вдоль Оби — к северу до устья Северной Сосьвы, далее проходит по южному склону Сибирских Увалов к Енисею в районе Подкаменной Тунгуски. Здесь граница круто поворачивает к югу, проходит вдоль Енисея, идет по склонам Западного Саяна, Тувы и Алтая к границе с Казахстаном. На Дальнем Востоке граница мерзлоты идет от Амура к устью Селемджи (левого притока Зеи), затем по подножию гор левобережья Амура к его устью. Мерзлота отсутствует на Сахалине и в прибрежных районах южной половины Камчатки. Пятна мерзлоты встречаются южнее границы ее распространения в горах Сихотэ-Алиня и в высокогорьях Кавказа.

В пределах этой обширной территории условия развития мерзлоты не одинаковы. Северные и северо-восточные районы Сибири, острова азиатского сектора Арктики и северный остров Новой Земли заняты сплошной низкотемпературной многолетней мерзлотой. Южная ее граница проходит через северную часть Ямала, Гыданского полуострова к Дудинке на Елисее, затем к устью Вилюя, пересекает верховья Индигирки и Колымы и выходит к побережью Берингова моря южнее Анадыря. К северу от этой линии температура слоя многолетнемерзлых пород составляет -6...-12°С, а его мощность достигает 300-600 м и более. Южнее и западнее распространена мерзлота с островами таликов (талого грунта). Температура мерзлого слоя здесь выше (-2...-6°С), а мощность уменьшается до 50-300 м. Близ юго-западной окраины области распространения мерзлоты встречаются лишь отдельные пятна (острова) мерзлоты среди талого грунта. Температура мерзлого грунта близка к 0°С, а мощность менее 25-50 м. Это — островная мерзлота.

В мерзлой толще концентрируются большие запасы воды в виде подземных льдов. Часть их образовалась одновременно с вмещающими породами (сингенетические льды), другая — при замерзании воды в ранее накопившихся толщах (эпигенетические).

На приморских низменностях от устья Хатанги до Колымы, на Новосибирских островах и на Вилюйской низменности в рыхлых отложениях распространены полигонально-жильные льды. Мощность их достигает 40-50 м, а на Большом Ляховском острове даже 70-80 м. Эти льды могут считаться "ископаемыми", так как формирование их происходило в среднечетвертичное время (в период оледенения). Жильный лед в трещинах кристаллических и метаморфических пород широко представлен в горных системах Северо-Востока и в северной части Средней Сибири. Для Западной Сибири и Печорской низменности типичны ледяные ядра торфяных бугров пучения. Ледяные интрузии — гидролакколиты (булгунняхи в Якутии) образуются в озерно-аллювиальных, делювиальных и солифлюкционных отложениях котловин Забайкалья и Северо-Востока, в Центральной Якутии и северных районах Западной Сибири.

Миграционные льды, заполняющие морозобойные трещины, распространены практически во всех районах, где встречается мерзлота.

Большая мощность многолетней мерзлоты, находки в ней хорошо сохранившихся мамонтов свидетельствуют о том, что многолетняя мерзлота — продукт весьма продолжительного накопления холода в толщах горных пород. Подавляющее большинство исследователей считает ее реликтом ледниковых эпох. Современный климат на большей части территории распространения мерзлоты лишь способствует ее сохранению, поэтому малейшее нарушение природного равновесия ведет к ее деградации. Это необходимо учитывать при хозяйственном использовании территории, в пределах которой распространена мерзлота.

Многолетняя мерзлота оказывает влияние не только на подземные воды, режим и питание рек, распространение озер и болот, но и на многие другие компоненты природы (рельеф, почвы, растительность), а также на хозяйственную деятельность человека. При разработке полезных ископаемых, прокладке дорог, строительстве, при проведении сельскохозяйственных работ необходимо тщательно изучать мерзлый грунт и не допускать его деградации.

Особенности грунтов

Согласно ГОСТ 25100-95 К НИМ ОТНОСЯТСЯ ГРУНТЫ, КОТРЫЕ В УСЛОВИЯХПРИРОДНОГО ЗАЛЕГАНИЯ НАХОДЯТСЯ В МЕРЗЛОМ СОСТОЯНИИ в течении трех лет и более. Зона развития многолетнемерзлых грунтов называется криолитозоной или зоной многолетней мерзлоты.

Многолетнемерзлые грунты в нашей стране подвержены отчетливо выраженной широтной зональности:

1. Сплошное распространение на территории Крайнего Севере

2. Несплошное (прерывистое) распространение в районах южнее этой зоны, включая островное – в районах еще далее к югу, вплоть до границ Монголией и Китаем.

Особенности строения , состава и свойств многолетнемерзлых грунтов.

В вертикальном разрезе толщи многолетнемерзлых грунтов различают три слоя :

1. Деятельный слой

2. Собственно многолетняя мерзлота

3. Подмерзлотный слой ( талые грунты с положительной температурой)

Деятельный слой – самая верхняя часть толщи многолетней мерзлоты, подверженная сезонному оттаиванию и промерзанию.мощность деятельного слоя зависит от географического положения местности, состава пород, экспозиции склона и тд. и колеблется от 0,2 – 0,5 м ( тундровые зоны и зоны арктических пустынь) до 3-4 . наибольшая мощность отмечается в песчаных и крупнообломачных грунтах, , наименьшая – органоменеральных.

Многолетняя мерзлота - часть криолитозоны; горные породы верхней части земной коры, находящиеся постоянно в мерзлом состоянии и оттаивающие летом только с поверхности. Время существования многолетней мерзлоты - от нескольких лет до нескольких тысячелетий. Мощность мерзлого слоя достигает местами сотен метров. Содержание льда в многолетнемерзлых горных породах - от нескольких до 90% объема.

По физическому состоянию и составу среди многолетнемерзлых грунтов выделяются тири типа:

1. Грунт твердомерзлый - дисперсный грунт, прочно сцементированный льдом, характеризуемый относительно хрупким разрушением и практически несжимаемый под внешней нагрузкой.

2. Грунт пластичномерзлый - дисперсный грунт, сцементированный льдом, но обладающий вязкими свойствами и сжимаемостью под внешней нагрузкой.

3. Грунт сыпучемерзлый (синоним - "сухая мерзлота") - крупнообломочный и песчаный грунт, имеющий отрицательную температуру, но не сцементированный льдом и не обладающий силами сцепления.

Криогенные процессы

Ссовокупность физических и физико-химических процессов, возникающих в п. в результате охлаждения их до отрицательных температур, замерзания и оттаивания. К К. п. относятся растрескивание п.; миграция в п. влаги и перемещение почвенных масс при промерзании; выталкивание щебня или галечника из почвенной массы на поверхность п. и перераспределение их по поверхности, сопровождаемое формированием структурно-полигональных образований — каменных многоугольников, котлов, сеток и др.; морозно-мерзлотное пучение и др.

Морозное пучение, увеличение объёма промерзающих влажных почв и рыхлых горных пород вследствие кристаллизации в них воды (образующей ледяные прослойки, линзы и т. д.) и разуплотнения минеральных частиц. Наблюдается в областях распространения сезонно- и многолетнемёрзлых пород. Морозное пучение вызывает неравномерное поднятие промерзающих толщ; неодинаковая величина поднятия объясняется различиями в условиях промерзания, составе пород, их влажности, плотности и т. д. Наиболее подвержены Морозное пучение глинистые породы, поскольку их Морозное пучение зависит не только от собственной влажности, но и от миграционной влаги, поступающей в промерзающий грунт из смежных немёрзлых зон. Напряжения, возникающие в грунтах при Морозное пучение, способны вызвать разрыв корневой системы растений, деформации и смещения сооружений и т. П

Противопучинные мероприятия по их эффективности можно подразделить на следующие группы:

1) коренные, направленные на исключение возникновения деформаций и сил морозного пучения;

2) ограниченные, направленные на снижение деформаций и сил морозного пучения;

3) временно действующие, применяемые на период строительства и до ввода зданий в постоянную эксплуатацию.

По технологии устройства противопучинные мероприятия подразделяются на инженерно-мелиоративные, строительно-конструктивные и термохимические.

Количественные значения деформации и сил морозного выпучивания находятся в зависимости от многих факторов, которые проявляются в процессе промерзания грунта по отдельности и в сочетании друг с другом.

Часто встречающиеся повреждения фундаментов и надфунда-ментного строения зданий и сооружений от действия морозного пучения обусловлены следующими моментами: составом и физическими свойствами грунтов в зоне сезонного промерзания; состоянием природной влажности грунтов и условиями их увлажнения на период промерзания, а также глубиной и скоростью сезонного промерзания грунтов; конструктивными особенностями фундаментов и надфундаментного строения; степенью теплового влияния отапливаемых зданий на глубину сезонного промерзания; эффективностью мероприятий, применяемых против воздействия сил морозного выпучивания фундаментов; способами и условиями производства строительных работ по нулевому циклу и условиями эксплуатационного содержания зданий и сооружений.

Степень пучинистости грунта	Значение коэффициента пучения f
Непучинистый	f < 0,01
Слабопучинистый	0,01 < f < 0,035
Среднепучинистый	0.05 < f < 0,07
Сильнопучинистый	0,07 < f < 0, 012
Чрезмернопучинистый	f > 0,13

Наледь — скопление льда, возникающее при замерзании излившихся на поверхность подземных или речных вод. Распространены в области многолетнемёрзлых горных пород. Наиболее крупные Н. в Якутии достигают десятков и сот км2.

Вредные воздействия наледей на искусственные сооружения

Наледи оказывают значительные вредные воздействия на искусственные сооружения и часто создают затруднения при их эксплуатации. Наледи могут:

1) закупоривать льдом отверстия малых искусственных сооружений и затруднять пропуск весенних вод;

2) затоплять проезжую часть подходов к искусственным сооружениям и затруднять движение транспорта;

3) деформировать искусственные сооружения при образовании около них наледных бугров;

4) создавать условия для размыва конусов и земляного полотна подходов, а также изменения конфигурации русла водотока при стоке весенних вод по наледному льду.

. На водотоках с наледями искусственные сооружения должны быть запроектированы так, чтобы наледи не оказывали на них вредных воздействий и не создавали затруднений при эксплуатации в течение всего срока службы. Это достигается применением рациональных типов и размеров сооружений, максимальным сохранением на переходе природных условий, организацией зимнего стока, строительством противоналедных сооружений и проведением мероприятий по борьбе с наледями в период эксплуатации.

Искусственные сооружения на водотоках с наледями проектируют на основе данных инженерно-геологического обследования водотоков и прогнозирования наледных процессов. При прогнозировании определяют расчетные параметры наледей, по которым с учетом пропуска паводковых вод назначают размеры отверстий искусственных сооружений.

На водотоках с наледями можно проектировать следующие тины искусственных сооружений: 1) мосты на свайных и столбчатых опорах; 2) прямоугольные и круглые трубы; 3) трубы с постоянными противоналедными устройствами; 4) трубы с фильтрующими насыпями.

Выбор типа искусственного сооружения зависит от водности водотока, мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических условий, размеров наледи, характера ее действия и принятого принципа проектирования.

Применяемые на водотоках с наледями тины искусственных сооружений не должны вносить больших нарушений в естественный водно-тепловой режим водотока. Чтобы не вызвать активизацию наледного процесса, стеснение подруслового потока фундаментами сооружений должно быть минимальным и на месте перехода необходимо максимально сохранять естественные природные условия.

Совершенно недопустимо на водотоках с наледями применять опоры мостов и водопропускные трубы с массивными фундаментами, которые значительно стесняют площадь фильтрации подрусловых вод, нарушают режим грунтового потока и приводят к активизации наледного процесса.

Рациональными типами опор мостов на водотоках с наледями являются свайные и из свай-столбов ( рис. 6). Такие опоры мало стесняют фильтрационный порусловый поток и не вносят больших нарушений в его режим.

Опоры могут быть из ряда вертикальных свай ( рис. 6, б) или из двух свай-столбов вертикальных ( рис. 6, в) или наклонных ( рис. 6, г). Наклонные сваи-столбы целесообразно применять при опасности деформаций от воздействия наледных бугров или морозного пучения грунтов. При таких условиях рациональны также одностолбчатые опоры ( рис. 6, д), у которых большая постоянная нагрузка на столб, что увеличивает их устойчивость при пучении.

Водопропускные трубы можно проектировать на водотоках с небольшими наледями, когда их прогнозируемая толщина с расчетной обеспеченностью не превышает 2/3 высоты отверстия трубы. В необходимых случаях трубы следует проектировать в комплексе с противоналедными устройствами.

При благоприятных грунтовых условиях (гравий, галька, пески) на водотоках с наледями можно применять прямоугольные или круглые трубы на гравийно-песчаных подушках или фундаментах из сборных плит без противофильтрационных экранов ( рис. 7, а, б). Чтобы глубина промерзания под трубой не превышала глубину промерзания в бытовых условиях, в основании трубы в ряде случаев могут быть сделаны теплоизоляционные подушки ( рис. 7, а).

Толщина теплоизоляционной подушки НТП под трубой при применении естественных теплоизоляционных материалов

www.ecosystema.ru www.yondi.ru www.gosthelp.ru

www.glossary.ru

pochvovedenie.academic.ru www.pro-fundament.su www.geobus.ru