Строительство зданий и сооружений в районах многолетней мерзлоты

метки: Мерзлота, Строительство, Вечный, Условие, Вечномерзлый, Грунт, Многолетний, Многолетнемерзлый

льда является объектом изучения специальных наук – гляциологии и геокриологии.

Гляциология – это наука о физических свойствах ледников, их происхождении, развитии, геологической деятельности и влиянии на формирование земной поверхности.

В геокриологии (мерзлотоведении) изучаются закономерности формирования и распространения многолетней мерзлоты и геологические процессы, происходящие в мерзлой зоне литосферы.

1.1.Геологические процессы в криолитозоне

К мерзлой зоне литосферы принято относить области развития таких горных пород, для которых характерна нулевая или отрицательная температура и присутствие в них льда, заключенного в порах и трещинах.

Горные породы могут подчиняться климатическим переменам: сезонному замерзанию и оттаиванию, но могут быть и многолетнемерзлыми. Древность многолетнемерзлых пород подтверждается археологическими и палеонтологическими находками. Так, на Анадырском полуострове, около озера Чирового, в суглинках, залегающих в трещинах разрыва ледяного бугра, Н.Граве были обнаружены остатки стоянки древнего человека, жившего здесь в верхнем неолите, не менее 2000 лет назад.

Изотопными методам установлено, что хорошо сохранившиеся остатки мамонтов имеют возраст, исчисляемые многими тысячелетиями. Таймырский мамонт погиб 12 тыс. лет назад.

Исходя из этих данных, многолетнемерзлыми горными породами называют такие породы, в которых отрицательные температуры сохраняются непрерывно в течение тысячелетий и десятков тысяч лет.

Многолетнемерзлые горные породы в России расположены главным образом в Сибири, где южная граница их распространения проходит к югу от Байкала. Северная граница примерно совпадает с северным полярным кругом. Вдоль южной границы многолетней мерзлоты отмечается островной характер ее распространения.

Всего на земном шаре 23% территории суши покрыто «вечной» мерзлотой; наиболее крупными областями ее распространения также являются Канада (6 млн. км² ), Гренландия (1,6 млн. км² ), Аляска (1,5 млн. км² ), Антарктида (12 980 000 км² ).

[3]

Льды в пределах распространения многолетнемерзлых горных пород могут встречаться в виде льда-цемента, жильного, повторножильного, погребенного и пещерного льдов.

Лед-цемент сковывает минеральные образования, скрепляя и цементируя их.

Магматические горные породы

... прочностных свойств магматические породы являются надежным основанием. Однако при оценке их строительных свойств необходимо учитывать следующие особенности. Это особенности характера залегания магматических горных пород. При недостаточном изучении мощности и распространения магматических горных пород, в ...

Жильный лед заполняет трещины в горных породах.

Повторножильный лед проникает в горные породы по морозобойным трещинам глубже границы их сезонного промерзания. Он может расти не только по вертикали, но и по горизонтали и образовывать большие скопления. Установлено, что такие массивы льдов непрерывно образовывались в течение всего четвертичного периода.

Собственно погребенные льды наблюдаются в зонах современных оледенений внутри отложенных морен и под ними.

Пещерные льды формируются в разнообразных полостях. Они могут встречаться и вне зоны распространения многомерзлых горных пород (например, в Кунгурской пещере).

Такие льды представляют собой сплошные ледяные массы, либо натечные формы (столбы, драпри), либо отдельные кристаллы на стенах и потолке пещер. [3]

1.2. Латеральное распространение мерзлоты

Различают сезонную и многолетнюю мерзлоту.

Сезонная мерзлота существует только зимой, многолетняя – сохраняется круглый год и на протяжении многих лет. Наиболее ярко и масштабно мерзлотные (криогенные) процессы проявляются в криолитозоне, т.е. в области распространения многолетнемерзлых пород. Многолетняя мерзлота особенно широко развита на севере Евразии и Северной Америки. В России ею занято около 2/3 всей территории – главным образом в Сибири и на Дальнем востоке. При освоении огромных природных ресурсов этих регионов требуется детальное изучение мерзлотных условий и процессов, поскольку они очень часто оказываются решающим фактором, серьезно затрудняющим все виды

В направлении с севера на юг в пределах криолитозоны Северного полушария по мере уменьшения площади и мощности мерзлоты выделяют три подзоны: сплошного, прерывистого и спорадического распространения многолетнемерзлых грунтов. В подзоне сплошного распространения мощность мерзлоты измеряется сотнями метров (обычно от 100 до 500 м), местами достигая 1 км и более. Суровые климатические условия в этой подзоне наиболее благоприятны для новообразования мерзлоты, однако и тут встречаются талики – участки отсутствия мерзлых толщ.

Талики развиты главным образом под реками и озерами, достаточно многоводными, чтобы отепляющее действие воды смогло препятствовать промерзанию.

В подзоне прерывистого распространения мощность мерзлоты обычно не превышает 100 м. Талики здесь занимают гораздо большую площадь, а новообразование мерзлоты носит ограниченный характер. Наконец, южную подзону спорадического распространения можно рассматривать как область преобладающей деградации мерзлоты.

Таким образом, будучи во многих районах не только современным образованием, но и реликтом ледниковых эпох, многолетняя мерзлота сохраняется по сей день благодаря резко континентальному климату с продолжительной холодной и малоснежной зимой. [1]

1.3. Вертикальное распространения мерзлоты

В вертикальном разрезе криолитозоны выделяют три слоя (полярный покровный комплекс, по А.И.Попову, 1967).

Верхний слой называется деятельным, это слой сезонного протаивания. Его мощность в целом увеличивается с севера на юг до трех-четырех метров и зависит от теплопроводности и водопроницаемости горных пород: песчаные грунты протаивают глубже глинистых, а те в свою очередь глубже, чем торф. В деятельном слое породы регулярно переходят из мерзлого в талое состояние и обратно, что находит выражение в криотурбации – перемешивании грунта, с которым связано образование специфических форм мерзлотного микрорельефа.

Инженерная геология и горные породы

... инженерно-геологических условий и пространственно-временного изменения в связи с инженерной деятельностью. В инженерной петрологии исследуются свойства горных пород, ... и другие экзогенные геологические процессы. Гидросфера - это прерывистая оболочка Земли от распространения воды в атмосфере, ... защищено от губительного излучения двадцатикилометровым озоновым слоем). Тем не менее, на границах биосферы ...

Деятельный слой подстилается мощными постоянно мерзлыми толщами. В верхней их части (второй слой) еще происходят сезонные колебания отрицательной температуры, которые сопровождаются механическими напряжениями и растрескиванием. Еще ниже, начиная с глубины примерно 10 м, отрицательная температура пород сохраняется постоянной на протяжении всего года – это третий наиболее мощный слой, своего рода фундамент криолитозоны.

Сезонномерзлые грунты, возникающие везде, где определенное время удерживаются отрицательные зимние температуры, по сути состоят из одного деятельного слоя. Однако протекающие в нем процессы (пучение, сортировка грунта, растрескивание и др.) не столь активны, как в деятельном слое криолитозоны, из-за отсутствия подстилающей многолетней мерзлоты, которая играет роль водоупора и влияет на распределение давления в грунте.

Развитие мерзлоты может протекать эпиге нетически (промерзает уже сформировавшаяся ранее порода) и сингенетически (формирование грунта и его промерзание происходят одновременно).

Первый путь типичен для возвышенностей, где преобладает денудация, и по мере сноса коры выветривания промерзание проникает в глубь толщи пород. Второй путь характерен для низменностей, где доминируют аккумулятивные процессы, например накопление аллювия в речных долинах.