Влияние вечной мерзлоты на инфраструктуру

В России область распространения многолетнемерзлых грунтов занимает более 60% территории страны. На Крайнем Севере сосредоточено более 30% разведанных запасов нефти, около 60% - природного газа, огромные залежи каменного угля и торфа, создана разветвленная инфраструктура объектов ТЭК, имеются крупные города и поселки. Большинство сооружений в этих районах построены на свайных фундаментах, используют многолетнемерзлый грунт в качестве оснований и рассчитаны на эксплуатацию в определенных температурных условиях. При увеличении температуры мерзлых грунтов изменяются их физико-механические свойства (объёмный вес, влажность, пористость, адгезия к сваям-основаниям), что, в конечном счете, уменьшает несущую способность фундаментов, приводя к повреждению построенных на них сооружений. Здесь можно узнать о том, какие процессы угрожают сооружениям на вечной мерзлоте, к чему они приводят, и можно ли предсказать такого рода опасности.


hazard
Многие здания в городах, расположенных в области распространения вечной мерзлоты, находятся в настоящее время в опасном состоянии из-за уменьшения прочности и несущей способности фундаментов. Например, в условиях Якутска при увеличении среднегодовой температуры воздуха на 2 оC несущая способность свайных фундаментов может сократиться на 50%. С начала 1970х годов более 300 зданий получили серьезные повреждения в результате просадок мерзлого грунта. В период с 1990 по 1999 г. число таких зданий увеличилось по сравнению с предшествующим десятилетием на 61% в Якутске, на 42% в Норильске и на 90% в Амдерме. Более четверти стандартных жилых пятиэтажных зданий в Якутске, Воркуте и Тикси, построенных в 1950-70х годах, может стать непригодными к эксплуатации уже в ближайшие одно-два десятилетия.

Существует точка зрения, согласно которой многие проблемы устойчивости сооружений на крайнем севере России обусловлены в большей степени невыполнением эксплуатационных условий, чем изменением климата. Это отчасти так, но следует учесть, что причиной повреждения или же разрушения зданий в конечном итоге является ослабление фундаментов и оснований, стоящих на вечной мерзлоте, за счет уменьшения ее несущей способности независимо от того, вызвано ли оно утечками воды, засолением грунтов, отсутствием необходимой вентиляции, или же изменением климата. Таким образом, даже если допустить, что отмеченные выше проблемы обусловлены эксплуатационными ошибками, современную ситуацию можно рассматривать в качестве модели того, что возможно в будущем при потеплении климата и соблюдении всех эксплуатационных норм. Надо при этом отметить, что аналогичные проблемы существуют и в других северных странах, в частности, в США на Аляске и на севере Канады, где эксплуатационные требования выполняются гораздо строже, чем в России.

 

Геокриологические опасности.

Морозобойное растрескивани


treshina

Морозобойное растрескивание (трещинообразование) является одним из самых распространенных геокриологических процессов как в области многолетнемерзлых пород, так и глубокого сезонного промерзания грунтовых толщ. Морозобойные трещины являются результатом действия напряжений, которые возникают в массиве мерзлой породы вследствие его сжатия при охлаждении. Талые воды, проникающие ранней весной в трещину, замерзают в ней и образуют вертикальную жилку льда, которая в летний период либо полностью вытаивает (если трещина не проникает ниже глубины максимального летнего оттаивания мерзлой породы), либо частично «консервируется» своей нижней частью в многолетнемерзлой породе. С наступлением следующей зимы температурные напряжения приводят к новому растрескиванию. Образующиеся при этом трещины, как правило, закладываются по местам предыдущих, которые являются ослабленными зонами, где сопротивление пород (льда) на разрыв ниже по сравнению с ненарушенным массивом породы. Наиболее четко морозобойные трещины выражены в районах с резко континентальным климатом, суровой зимой и незначительной толщиной снежного покрова. Трещины, как правило, располагаются параллельно на одном и том же определенном для каждого конкретного случая расстоянии друг от друга. Обычно перпендикулярно им также образуется система трещин. Вследствие этого грунт с поверхности разбит в плане на блоки-полигоны, имеющие форму, близкую к прямоугольной.

Криогенное пучение

Криогенное пучение наблюдается в области распространения сезонно и многолетнемералых пород и поэтому представляет опасность для всей территории России. Под влиянием этого процесса поверхность земли испытывает ежегодное циклическое поднятие при промерзании и опускание при оттаивании. Это приводит к постоянной пульсации поверхности земли, которую принято называть гидротермическим движением. Результатом морозного пучения являются также различные бугры, площади и гряды пучения, каменные «моря» и «венки», курумы, пятна-медальоны и др. Образование всех этих форм рельефа обусловлено увеличением объема замерзающей влаги и льдо-накоплением в них (вследствие миграции воды) при промерзании.


cxema
 При весенне-летнем оттаивании промерзших пород их объем обычно уменьшается, что обусловливает осадку пород сезонномерздого (CMC) и сезонноталого слоя (СГС). В этом случае, если в пределах СГС и CMC имеются крупные твердые тела (столбы, валуны, глыбы, щебень и др.), сезонные процессы пучения и осадки сопровождаются их выпучиванием (вымораживанием). Годовой цикл выпучивания столба, заглубленного в породы СГС, показан на рис. 2.2. В зимний период происходит смерзание пород со столбом (I, II). При этом силы смерзания тем значительнее, чем ниже температура и больше мощность смерзшейся со столбом части СГС. Развитие вертикальных сил пучения, превышающих вес столба и силы бокового трения, приводит к приподниманию столба из непромерзшей части СГС, образованию под ним полости, заполняющейся водой или разжи¬женной породой (II). При полном промерзании СГС (III) в полости образуется лед или сильнольдистая порода. В процессе сезонного оттаивания пород до того момента, пока фронт не подойдет к подошве столба, последний сохраняет наиболее высокое положение, достигнутое при его выпучивании зимой (III, IV). После вытаивания льда в полости под столбом остается порода и происходит частичная осадка столба. В годовом цикле столб оказывается выпученным на некоторую высоту ДА (V), которая при ежегодном повторении такого процесса существенно увеличивается. В результате этого столб может потерять устойчивость и наклониться, а в некоторых случаях и упасть (VI). Если столб заглублен в мерзлую толщу, его выпучиванию дополнительно противодействуют силы смерзания с многолетнемерзлой породой. Если эти силы и вес столба превышают силы пучения, то столб сохраняет устойчивость, не выпучивается. В противном случае происходит его «выдергивание» из мерзлой толщи. Выпучивание столбов ведет к нарушению линий связей, деформациям свай в основании фундаментов различных сооружений и т. д.

Термокарст

Термокарст представляет собой образование просадочных и провальных форм рельефа (от небольших понижений, блюдец, канав, воронок, западин до крупных озерных котловин) вследствие вытаивания подземных льдов. Причиной возникновения термокарста является изменение теплообмена на поверхности почвы, при котором либо глубина сезонного оттаивания начинает превышать глубину залегания подземного льда или сильнольдистых многолетнемерзлых пород, либо происходит смена знака среднегодовой температуры и начинается многолетнее оттаивание мерзлых толщ. Одной из причин современной активизации процесса считается деятельность человека, проявляющаяся прежде всего в разрушении почвенно-растигельного покрова, что влечет за собой резкое увеличение глубины сезонного протаивания пород, иногда в 2—4 раза.


termocarst

Условно развитие термокарста можно разбить на три стадии. В первую под влиянием изменений внешнего теплообмена происходит увеличение глубины сезонного оттаивания пород, при котором оттаивают сильнольдистые многолетне-мерзлые породы (или залежи подземного льда) и образуется просадка поверхности, заполняющаяся водой.Увеличение глубины сезонного оттаивания должно происходить на достаточно большой площади, чтобы была обеспечена возможность поступательного оттаивания льдонасыщенных пород (вплоть до их полного оттаивания в последующие стадии) в условиях окружения участка (с развивающимся термокарстом) многолетнемерзлыми толщами с отрицательной среднегодовой температурой (обычно ниже —2°С). Кроме того, прогрессивное развитие термокарста на этой стадии возможно, если увеличение просадки поверхности и, соответственно, глубины озера идет настолько быстро, что глубина сезонного оттаивания оказывается всегда больше глубины залегания льдонасыщенных пород вплоть до того момента, когда на поверхности дна среднегодовая температура перейдет в область положительных значений.


termocarst_razvitie

Вторая стадия развития термокарста характеризуется тем, что глубина озера начинает превышать критическую величину, при которой среднегодовая температура на поверхности дна становится равной 0°С. Дальнейшее развитие процесса происходит при tср. д. > 0°С, т. е. при многолетнем оттаивании мерзлых пород и формировании подозерного талика. В случае, когда площадь озера достаточно велика (его ширина превышает мощность многолетнемерзлой толщи), под ним со временем образуется сквозной талик (III стадия). Однако накопление толщи снега, как правило, происходит в просадочных понижениях с небольшой площадью. На больших открытых участках снег обычно сдувается. Если же при этом на поверхности существует небольшой слой воды (0,1—0,5 м), то среднегодовая температура пород в пределах понижения может оказаться ниже, чем на прилегающих возвышенных участках.Приведенная выше схема иллюстрирует идеальную картину развития термокарста. В природных условиях процесс идет значительно более сложно, что связано с особенностями динамики климатических факторов, криогенным строением и условиями залегания сильнольдистых пород и подземных льдов, с формированием бронирующего слоя, ландшафтными условиями и другими геокриологическими процессами.

Солифлюкция

Солифлюкция, или процесс вязкого и вязко-пластического смещения оттаиваюощего тонкодисперсного материала на склонах, наиболее активно развивается в зоне тундры, характеризующейся отсутствием древесной растительности и избы точным летним переувлажнением пород сезоннооттаивающего слоя. Этот процесс участвует в сносе, транзите и аккумуляции материала. Опасные проявления солифлюкции обусловлены развитием на склонах вязко-текучих деформаций грунтов. Они наблюдаются на трассах наземных магистральных трубопроводов, автомобильных и железных дорог, на склонах открытых горных выработок при добыче полезных ископаемых, а также на участках расположения разнообразных временных одноэтажных построек. Солифлюкция может развиваться повсюду, где происходит оттаивание сильно влажных тонкодисперсных пород. Наиболее благоприятные условия существуют в тундровой зоне с океаническим климатом, где распространены низкотемпературные льдистые мерзлые толщи. шой продолжитель¬ностью их оттаивания. Интенсивность солифлюкции определяется составом и льдистостью (влажно¬стью) покровных отложений, глубиной оттаивания пород, крутизной склона, прочностью дернового покрова, особенностями рельефа и другими факторами природной обстановки.

Омск ремонт канализации Прочистка канализации, устранения засоров 24 часа Омск Водопровод, канализация, отапления 24 часа Омск Онлайн игра Diablo 4 Онлайн игра Веселая ферма Онлайн игра Черепашки-Ниндзя Онлайн игра Minecraft Онлайн игра Assassin's Creed Онлайн игра COD 2 Онлайн игра Need For Speed Онлайн игра GTA V Онлайн игра GTA 5 Симс 4 The SimsOnline в Minecraft 2 Assassins creed на андроид COD 2 Онлайн Need For Speed 6 Grand theft auto london Gta unlimited Гта 5 Sims 4 современная роскошь