СП 11-105-97 Часть IV. Правила производства работ в районах распространения многолетнемерзлых грунтов СНиП 23-01-99 СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ Справочное пособие к СНиП СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ Опасные процессы, связанные с мерзлой
Многолетнемерзлые (вечномерзлые) породы (ММП)- горные породы, геологические осадки и отложения, техногенные и антропогенные грунты, пребывающие в мерзлом состоянии не менее 3-х лет. Мощность ММП достигает 1000м, кровля толщ ММП может выходить прямо на дневную поверхность или залегать от глубины менее 1м до 100м и более.
ММП, сложенные льдистыми грунтами с криогенными структурными связями, характеризуются высокой прочностью и низкой сжимаемостью по сравнению с их немерзлыми (талыми) аналогами.
Рисунок из http://www.buildcalc.ru/Learning/BasesAndFoundations/Open.aspx?id=Chapter12&part=16 Протаивание мерзлых грунтов Тепловое воздействие зданий и сооружений вызывает протаивание мерзлых грунтов. Протаивание приводит к потере прочности и увеличению сжимаемости, а также к уменьшению объема грунтов основания (усадка). Это, в свою очередь вызывает деформации и разрушение зданий и сооружений. При протаивании лед, содержащийся в грунтах основания переходит в воду. Это приводит к уменьшению объема протаявшего массива и разрушению криогенных связей.
http://build-chemi.ru/articles/fotos/99347795500.jpg Морозное пучение Промерзание талых грунтов в зимнее время приводит к возникновению в их толще напряжений (сил морозного пучения) и увеличению объема (морозному пучению). Морозное пучение приводит в выпиранию и опрокидыванию фундаментов, выпиранию заглубленных в грунт труб и иных объектов. Силы: А— тяжести, Б — сопротивления грунта, синие стрелки- морозное пучение При промерзании поровая вода, содержащаяся в грунтах основания, переходит в лед. Это приводит к увеличению объема промерзшего массива и образованию в нем напряжений ( морозного пучения ).
Увеличение объема грунта при промерзании называется морозным пучением. вода - > лед => увеличение объема, вызывающее появление сил морозного пучения Уменьшение объема грунта при протаивании называется усадкой протаивания. лед - > вода => уменьшение объема
Анисимов О. ГЛОБАЛЬНОЕ ПОТЕПЛЕНИЕ И ТАЯНИЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ: ОЦЕНКА РИСКОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ТЭК РФ. http://www.euroclimat.ru/cgi-bin/index.cgi?r=10&s=0&seenews=713
http://www.ljplus.ru/img/t/o/ton_aka_hwost/Ris.7.jpg
Выпучивание трубопроводов
Образование ММП происходит в арктических районах с отрицательным среднегодовым балансом температур на поверхности в условиях холодного климата. ММП формируются в течении длительного времени, составляющего сотни и тысячи лет. Промерзание может развиваться двумя путями: Эпигенетическим- промерзание толщ ранее отложенных осадков (морских, континентальных, скальных пород и пр.). Сингенетическим- промерзание осадков по мере их накопления- только в континентальных условиях
ТАЛИК (русск.) — зона развития талых грунтов в мерзлом массиве. Талики образуются под озерами, реками, под ежегодно навеваемыми в одном и том же месте сугробами. Талики делятся на: сквозные несквозные
По характеру распространения ММП подразделяются на: сплошного распространения (ММП занимают всю площадь рассматриваемого участка) прерывистого распространения (массивы ММП занимают большую часть площади рассматриваемого участка и разделены таликами) островного распространения (на площади рассматриваемого участка выделяются разрозненные массивы ММП, разделенные таликами, занимающими приблизительно такую же или большую площадь, что и массивы ММП)
Анисимов О. ГЛОБАЛЬНОЕ ПОТЕПЛЕНИЕ И ТАЯНИЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ: ОЦЕНКА РИСКОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ТЭК РФ. http://www.euroclimat.ru/cgi-bin/index.cgi?r=10&s=0&seenews=713
3.1. При строительстве на вечномерзлых грунтах … применяется один из следующих принципов … : принцип I - вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения; принцип II- вечномерзлые грунты основания используются в оттаянном или оттаивающем состоянии (с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения сооружения или с допущением их оттаивания в период эксплуатации сооружения).
Первый принцип проектирования фундаментов на вечномёрзлых грунтах Первый принцип заключается в сохранении вечномёрзлого состояния грунтов. Данный принцип или метод целесообразно применять в тех районах, где: Многолетнемёрзлый грунт имеет значительную мощность; сооружения выделяют не значительные количества тепла и не занимают больших площадей в плане.
Гребенец В.И., Аблязина Д.И. Активизация опасных криогенных процессов на Тазовском п-ве…, 2008
Продухи представляют собой проёмы, расположенные по периметру здания, предназначенные для поступления холодного воздуха из вне, который отводит тепловые потоки здания
Второй принцип проектирования фундаментов на вечномёрзлых грунтах заключается в допущении протаивания грунта под зданиям. Данный принцип осуществляется двумя методами: конструктивным и методом предпостроечного оттаивания.
Конструктивный метод заключается в приспособлении конструкций фундаментов и самих строений к неравномерной осадке оттаивающих грунтовых оснований. Данный метод применяется в следующих случаях: температура вечномерзлой толщи грунтов близка к «0°C»; мёрзлый грунт при оттаивании становится относительно малопросадочным основанием (гравелистые, щебёночные или песчаные грунты). Метод предпостроечного оттаивния осуществляется путем предварительного оттаивания и последующего уплотнения грунтов основания под действием собственного веса Метод предпостроечного оттаивания применяется в следующих случаях: основание сооружения имеет неоднородные по сжимаемости в мёрзлом и талом состоянии грунты; проектируемое сооружение имеет сосредоточенные избытки тепла (неравномерность оттаивания основания).
Сезонно-талый слой C ТС- поверхностный слой грунта, ежегодно протаивающий в теплый сезон и промерзающий в холодный. Подстилается мерзлыми породами. Сезонно-мерзлый слой СМС- поверхностный слой грунта, промерзающий в холодный сезон года и оттаивающий в теплый. Подстилается немерзлыми грунтами.
СТС или СМС- еще называют деятельным слоем Глубина нулевых годовых колебаний температуры грунтов- глубина, на которой температура грунта не изменяется в течение одного года (при заданной точности измерений ±0,1 о С). Подошва СТС и СМС приблизительно соответствует глубине нулевых годовых колебаний
Справочное пособие к СНиП СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ Приложение 1 РИС. 11-14
Морозное пучение- процесс, вызванный промерзанием грунта, миграцией влаги, образованием ледяных прослоев, деформацией скелета, приводящих к увеличению объема грунта, поднятию дневной поверхности. Сопровождается резким увеличением напряжений в грунтовой толще и изменением свойств грунтов. Развивается как в областях распространения многолетнемерзлых грунтов, так и в зонах глубокого сезонного промерзания
При промерзании и последующем протаивании грунт испытывает изменения объема: Процесс увеличение объема грунта при промерзании вследствие образования в нем льда называется морозным пучением. Процесс уменьшения объема промерзшего грунта при таянии за счет перехода льда в воду называется усадкой протаивания.
http://http://strmnt.com/wp-content/uploads/2012/08/pig1.jpg Силы: а— тяжести, б — сопротивления грунта, в- морозное пучение 1- выпирание фундамента, 2- разрыв стен, 3- опрокидывание Выпирание фундаментов при промерзании
Лето Зима
Происходит в результате образования под нижней поверхностью грубообломочных включений корок льда. Эти корки выжимают обломки вверх. Образование корок льда под крупными обломками пород связано с тем, что фронт промерзания в грунтах с грубообломочными включениями неровный. Плотные обломки обладают большей теплопроводностью по отношению к вмещающим грунтам. В результате, они при промерзании охлаждаются быстрее. Это приводит к вымораживанию влаги из вмещающих грунтов на поверхности обломков.
http://www.plantarium.ru/dat/places/0/056/5056_28ad1ac7.jpg
Любой инородный объект (в т.ч. фундамент, трубопровод и т.п.), заглубленный в деятельный слой будет неизбежно вытолкнут на поверхность силами морозного пучения.
Представляют собой выпуклые формы рельефа с ледовым или ледогрунтовым ядром (булгуняхи, pingo). Достигают 90м высоты и диаметра 300м. В основном формируются при замерзании грунтовых вод или верховодки сезонно-талого слоя (миграционные) и при прорыве к поверхности межмерзлотных и подмерзлотных подземных вод (инъекционные).
Промерзание Зима
Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А. Радиоуглеродное определение возраста булгунняха на месторождении Песцовое в северной части Западной Сибири // Инженерная геология. 2010. № 2. С. 16-23.
Солифлюкция- это вязкопластичное течение сезоннооттаивающих влажных тонкодисперсных грунтов на пологих склонах. При этом на склонах формируются складки и террасы.
http://cache2.allpostersimages.com/p/LRG/38/3816/BVBYF00Z/posterler/miller-marli-solifluction-lobes-tien-shan-mountains-kyrgyzstan.jpg http://3.bp.blogspot.com/_ozVC2U4WL_A/Syr9XXvZ6VI/AAAAAAAAI14/X2tUrBQ8RYI/s400/IMG_1012.JPG http://www.bgs.ac.uk/discoveringGeology/hazards/landslides/images/solifluctionFlows.jpg http://www.geonature.ru/geoslov/img/785.jpg
Процесс оттаивания высокольдистых грунтов, подземных льдов, сопровождающийся их (грунтов) усадкой и образованием отрицательных форм рельефа. Возникает, когда величина сезонного протаивания превышает глубину залегания мерзлых высокольдистых грунтов. Особенно активно развивается в районах, где у поверхности залегают пластовые или жильные льды. Обычно связан с нарушением верхнего почвенно-растительного покрова, играющего роль теплоизолятора, препятствующего глубокому протаиванию.
http://biology.ufl.edu/permafrostcarbon/images/thermokarstTaymir%20Russia.JPG
http://www.proza.ru/pics/2010/05/19/455.jpg
http://www.turizmvnn.ru/files/system/foto/24823.jpg
Развитию термокарста на участках залегания высокольдистых грунтов препятствует наличие поверхностного почвенно-растительного слоя, играющего роль теплоизолятора. Причины развития термокарста: Естественные - аномально жаркое лето, выпадение обильных и теплых дождевых осадков, размыв поверхностного теплоизолирующего слоя водотоками. Искусственные- разрушение поверхностного теплоизолирующего слоя при движении тяжелой техники.
Почвенно-растительный слой играет роль теплоизолятора. Если его срезать, то подстилающий лед или высокольдистый грунт в летнее время начнет интенсивно таять. Это приведет к образованию впадины, заполненной водой- термокарстового озера.
Аласы- котловины, образовавшиеся на месте пересохших термокарстовых озер. В центре аласовой котловины часто наблюдается мелкое остаточное озеро или болото. http://www.sitc.ru/ton/img/pic3_4.jpg
Смерзшиеся скопления грубообломочного материала в ложбинах, перемещающиеся вниз по склонам при протаивании под действием силы тяжести. Существует два вида движения К. Первый-, медленный, обусловлен гравитацией, колебаниями объема обломков и заполнителя за счет суточных и сезонных колебаний температуры Второй- катастрофические подвижки, вызванные резким растеплением мерзлых пород в результате ливневых теплых дождей, сейсмическими толчками, вибрационной нагрузкой от сооружений и подрезкой склонов.
http://foto.irkutsk.ru/photo/321/9814/pict0952.jpg
http://pics2.pokazuha.ru/p442/p/z/4317287nzp.jpg
http://im3.turbina.ru/photos.4/7/7/7/2/5/1652777/little.photo.jpg http://img.zhivem.ru/photo/188/188175_26.jpg http://ukrainaincognita.com/sites/default/files/Kurum.jpg http://www.toron.ru/assets/images/gorny-altay%20(18).JPG
Слоистый ледяной массив на поверхности земли, льда или инженерных сооружений, образовавшийся при замерзании время от времени изливающихся грунтовых или речных вод. Образуются при замерзании вод источников, паводковых вод поверхностных водоемов, прорывов воды из инженерных коммуникаций.
http://www.buildcalc.ru/Learning/BasesAndFoundations/Open.aspx?id=Chapter12&part=9
http://www.buildcalc.ru/Learning/BasesAndFoundations/Open.aspx?id=Chapter12&part=9
http://www.zataimenem.ru/photos/21.JPG
http://www.zataimenem.ru/photos/21.JPG
http://a-lapin.narod.ru/Photo/darpir4.jpg
http://img11.nnm.ru/4/6/0/c/7/37b2ec927e57347999f14bb8f8d.jpg http://www.photogeographic.ru/data/Image/lb-24.jpg http://gdekluet.ru/file/preview/78/1360643077_782d70247f2a9bc37e1e60b06d65d558.jpg
http://imz-2000.narod.ru/ygn44_3.jpg
http://ic.pics.livejournal.com/karpukhins/42169992/538021/538021_original.jpg
Процесс образования морозобойных трещин в результате действия напряжений, возникающих в массиве мерзлого грунта в следствие его сжатия при охлаждении. Температурные напряжения возникающие зимой приводят к образованию в массиве открытых трещин. Весной и летом, при оттаивании, трещины заполняются водой. Следующей зимой вода замерзает, расширяя и углубляя тем самым трещины и т.д. В результате трещины заполняются повторно-жильными льдами. В плане трещины образуют т.н. полигоны (полигонально-жильные структуры). Льды заполняющие морозобойные трещины называются повтороно-жильными. При вытаивании льда трещины заполняются грунтом, заносимым с поверхностными и грунтовыми водами. Так образуются грунтовые псевдоморфозы.
http://portal.tpu.ru/SHARED/v/VVK/Learnwork/Cruology/CryologyprocessI.pdf
http://portal.tpu.ru/SHARED/v/VVK/Learnwork/Cruology/CryologyprocessI.pdf
http://www.nkj.ru/upload/iblock/31c7ae4ce0d633298ab1376e7dcf82a9.jpg
http://www.ustlensky.ru/fotogalereya/sobytiya/rossijsko-germanskaya-ekspeditsiya-na-ostrove-samojlovskij/image.raw?view=image&type=img&id=508
Иногда морозобойные полигональные структуры имеют удивительно правильную форму.
http://photography.nationalgeographic.com/staticfiles/NGS/Shared/StaticFiles/Photography/Images/POD/t/tundra-pool-patterns-445058-lw.jpg
https://notendur.hi.is/~oi/Siberia%20photos/Yamal%20tundra.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/61/Melting_pingo_wedge_ice.jpg
Выдержанные по простиранию слои льда мощностью от 1-3 до 10-20м и более. Предполагается, что они были образованы в результате захоронения древних ледников или в замерзании воды, выжимаемой из подмерзлотных водоносных горизонтов. http://yuri-efremov.ru/main/works/priroda-moej-strany/Part3/Chap17/
Абрамов В.Ю., Кирюхин В.А. Химическая зональность подземных вод, льдов и минералов как отражение криогенных процессов // Проблемы изучения химического состава подземных вод. VI Толстихинские чтения: Материалы науч.-практ. конф. СПб., СПГГИ (ТУ), 1997, с. 30-35.
Соломатин В.И., Белова Н.Г. http://www.geogr.msu.ru/structure/labs/geos/personal/belova/Solomatin%20Belova%20TICOP%20vol.%203.%202012%20RUS.pdf.
Представляют собой мелкополигональные структуры диаметром около 1-3м. Образование: в начале образуются системы мелких трещин. Промерзание протекает неравномерно (по трещинам более интенсивно, в центре- с меньшей скоростью). В результате в центральных частях образуются замкнутые системы талого грунта с высоким гидростатическим давлением. Нарастание давления приводит к тому, что пластично-текучий грунт, находящийся между трещинами, прорывает верхнюю мерзлую корку и расползается вокруг прорыва в виде глинистого пятна. По мелким трещинам, при этом, происходит выпор мелкого каменного материала.
http://www.taimyrsky.ru/Album/Spots.htm
http://geo.1september.ru/2001/27/5_4.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/71/Permafrost_stone-rings_hg.jpg
http://www.nature.chita.ru/Reserves/sokhondo.htm
1- многолетнемерзлая порода, 2- промерзшая часть СТС, 3- талая часть СТС, 4- выдавленный на поверхность грунт, 5- мелкие ледяные жилы в нижних частях трещин
Широкое развитие: 1 морозобойного растрескивания; 2 повторно-жильных льдов; 3 термокарстовых форм; 4 солифлюкции; 5, 6 наледей: 5 подземных вод; 6 речных и подземных вод Ограниченное развитие: 7 — морозобойного растрескивания; 8 повторно-жильных льдов; 9 грунтовых жил и псевдоморфоз по жильным льдам; 10 термокарстовых форм; 11 многолетних бугров пучения; 12 солифлюкции; 13 15 наледей: 13 подземных вод; 14 речных вод; 15 подземных и речных вод, 16 ледников. (В том числе показаны образования на междуречьях, в знаменателе в долинах. Последовательность знаков указывает на уменьшение роли процессов и образований). Границы: 17 распространения многолетнемерзлых грунтов; 18 широкого развития криогенных процессов и образований; 19 ограниченного развития криогенных процессов и образований
