Публикации автора

Цель. Экспериментальное исследование влияния нефтесолевого загрязнения на содержание незамерзшей воды, теплофизические свойства и температурный режим мерзлых грунтов. Объектом исследования являлись модельные грунты в ряду песок- супесь-суглинок-глина с нефтесолевым загрязнением. Исследования проводились для «чистых», засоленных и загрязненных нефтью грунтов, а также грунтов с нефтесолевым загрязнением.

Материалы и методы. Определение содержания незамерзшей воды проводилось с использованием как стандартных контактного и криоскопического методов, так и метода ядерно-магнитного резонанса. Исследование коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости осуществлялось методом монотонного разогрева–охлаждения.

Содержание незамерзшей воды и теплофизические характеристики в широком температурном диапазоне для грунтов с нефтесолевым загрязнением исследованы впервые. При исследовании получены не только закономерности изменения свойств, но также выявлены ограничения методов. Установлено, что контактный метод определения содержания незамерзшей воды не может применяться при исследовании грунтов, содержащих нефть, а метод монотонного разогрева имеет серьезные ограничения применительно к сильнозасоленным грунтам.

Результаты и выводы. Полученные результаты показали, что влияние нефтесолевого загрязнения на содержание незамерзшей воды в целом идентично влиянию засоленности. Результаты исследования теплоемкости показали, что влияние нефтесолевого загрязнения заключается в суммарном влиянии нефти и соли и приводит к повышению (до 35 %) теплоемкости в талом и мерзлом состоянии за счет замены в поровом пространстве менее теплоемкого воздуха более теплоемкой нефтью, а также за счет увеличения количества незамерзшей воды в мерзлом грунте. Влияние нефтесолевого загрязнения на коэффициент теплопроводности идентично влиянию засоления за счет дополнительной коагуляции микроагрегатов.

Оценка влияния нефтесолевого загрязнения на температурный режим мерзлых грунтов с учетом изменения характеристик грунтов слоя сезонного оттаивания и поверхностных условий показала, что происходит значительное (до 2 раз) увеличение глубины сезонного оттаивания и среднегодовой температуры грунтов (до 1,5 °С), что может способствовать снижению несущей способности грунтового основания, в том числе при сейсмических воздействиях.

Настоящее исследование посвящено длительной ползучести мерзлых засоленных грунтов (песка, супеси и суглинка) в условиях постоянных температур и механических нагрузок, образцы мерзлых грунтов отбирались из современных морских и аллювиальных четвертичных отложений в природных условиях на п-ве Ямал. Особое внимание уделено изучению динамики деформаций во времени при одноосном сжатии. Работа направлена на выявление закономерностей изменения скорости деформации, анализ стадии затухающей и незатухающей ползучести, а также на сопоставление экспериментальных данных с теоретическими моделями старения, упрочнения и течения. Эксперименты проводились в подземной лаборатории Амдерминской мерзлотной станции на глубине 14 м в течение до 9 лет, что позволило исследовать долгосрочное поведение мерзлых грунтов. Результаты имеют важное значение для прогноза устойчивости оснований зданий в условиях вечной мерзлоты и предотвращения их разрушений. Методом исследования являлось длительное лабораторное испытание образцов мерзлых грунтов методом одноосного сжатия при постоянной температуре и нагрузке. Научная новизна данного исследования заключается в продолжительности экспериментов (до 9 лет), что существенно превышает временные рамки большинства ранее проведённых испытаний. В большинстве известных исследований максимальная продолжительность ползучих испытаний мерзлых грунтов в различных режимах не превышала нескольких месяцев. Впервые на большом временном интервале показано, что для песков и супесей наблюдается переход от неустойчивой стадии деформации к стабильной, в то время как для суглинков выявлены нелинейные зависимости, предположительно связанные с трещинообразованием и изменением внутренней структуры. Использование математических моделей позволило уточнить параметры прогноза деформаций, что имеет прикладное значение для инженерных расчётов. Полученные результаты повышают достоверность оценки устойчивости фундаментов и обеспечивают научную основу для проектирования зданий и сооружений в районах вечной мерзлоты.

В статье рассматриваются результаты экспериментальных исследований содержания незамерзшей воды (Ww) в мерзлых грунтах различного гранулометрического состава со степенью заторфованности от 3 до 100% (с шагом 10%). Обсуждаются полученные закономерности Ww = f(t°C). Оценивается роль содержания органического вещества в формировании фазового состава влаги в диапазоне температур от 0 до -18 °С. Акцентируется внимание на рассмотрении закономерностей изменения влажности за счет незамерзшей воды при степени заторфованности выше 50%, при которой грунты по ГОСТ 25100-2020 относят к торфам. Приводятся закономерности изменения Ww от степени заторфованности при фиксированных температурах.