Мерзлотные процессы

Горные породы, имеющие отрицательную или нулевую температуру и содержащие в своем составе лед, называются мерзлыми. Скальные грунты при сезонном промерзании и оттаивании активно разрушаются за счет расклинивающего действия замерзающей воды, которая при переходе в твердое состояние увеличивается в объеме на 9,1 %. Дисперсные грунты связные и несвязные при замерзании увеличиваются в объеме и становятся водонепроницаемыми. Разрабатываются как скальные грунты. Несвязные грунты (пески, гравийные грунты и т. д.) при низких значениях влажности практически не изменяют свои свойства в процессе оттаивания и промерзания. Особенно сильно сказывается процесс оттаивания на органических (торф, ил) и глинистых грунтах, которые переходят в текучее состояние и теряют несущую способность (выдавливаются из-под сооружений).

При устройстве котлованов необходимо учитывать глубину промерзания d_f, которая зависит от климата и литологических особенностей грунтов и колеблется от нескольких сантиметров до 2–3 м. Для Екатеринбурга – глубина промерзания составляет 1,8–2,0 м.

Величина d_f определяется:

– по карте СНиП,

– рассчитывается по формулам,

– по итогам многолетних наблюдений.

Криолитозона – область распространения многолетнемерзлых пород (в России около 60-70 % территории – 11 млн. км². Многолетнемерзлыми называют грунты, которые находятся в мерзлом состоянии более 2-3 лет. В России выделяют три зоны многолетнемерзлых грунтов: сплошная мерзлота – крайний север, с мощностью в сотни метров, температура –7–12 ºС; зоны с таликами – участки с талыми грунтами, мощностью 20-60 м, температура –0,2–2 ºС; островная – мерзлые грунты встречаются на отдельных участках, мощностью 10-30 м, температура 0–0,3 ºС.

Деятельный слой – верхний слой земной коры в областях холодного и умеренно холодного климата, подвергающийся периодическому промерзанию и оттаиванию. В зависимости от местоположения, температурного режима деятельный слой может быть сезонноталымили сезонномерзлым.

Сезонномерзлый слой – это верхний слой земной коры, подвергающийся промерзанию в зимнее время года.

Сезонноталый слой – верхняя часть многолетнемерзлой толщи, оттаивающей в летнее время. При этом в основании сезонноталого слоя залегают мерзлые породы.

Основная особенность мерзлых грунтов– наличие льдав виде цемента (массивная текстура), линз и прослоев (сложная текстура) и пересекающихся прослоев в разных направлениях (сетчатая текстура). При оценке свойств мерзлых грунтов имеет значение льдистость (общее количество льда в единице объема грунта).

Криогенные процессы

Морозное пучение возникает при промерзании деятельного слоя и проявляется в виде локальных поднятий дорожных одежд зимой (увеличение объема породы при промерзании на 10 %), при оттаивании образуются провалы. Меры борьбы – замена пучинистых (пылеватых) грунтов.

Выпучивание фундаментов (морозное пучение) приводит к выпиранию столбов, фундаментов из оснований, сложенных глинистыми грунтами. В связи с этим глубина заложения фундаментов должна превышать глубину слоя сезонного промерзания.

Бугры пучения (гидролакколиты) – подъем деятельного слоя при промерзании межпластовых вод.

Термокарст – проседание земли при оттаивании грунтов в результате нарушения теплового режима поверхностного слоя.

Наледь – скопление льда на поверхности в результате излившихся подземных или речных вод.

Солифлюкция – оплывание оттаявших пологих склонов южной экспозиции по мерзлым грунтам.

Курум – нагромождение глыб, медленно сползающих вниз по склону. Распространены в областях распространения многолетнемерзлых пород. По форме подразделятся на «каменные плащи» (поля) и «каменные реки».

Основным правилом строительства на многолетнемерзлых грунтах является прогноз и регулирование температурного состояния мерзлых грунтов. Для предотвращения оттаивания мерзлоты между землей и первым этажом сооружения оставляют вентилируемое пространство, обычно 1–1,5 м. Прокладка коммуникаций осуществляется над поверхностью земли и особое внимание уделяется их тепло- и гидроизоляции.

Строительство в районах распространения многолетнемерзлых пород регламентируется специальными СНиП и СН и производится по трем принципам:

– с сохранением мерзлоты на весь период эксплуатации (свайные основания);

– с предварительным оттаиванием и последующим укреплением основания или его заменой на другие грунты;

– на скальном основании – без учета мерзлоты.

1.4.2.Инженерно-геологические (антропогенные) процессы и явления