Физика криогенных процессов в литосфере тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, доктор геолого-минералогических наук Горелик, Яков Борисович

• Горелик, Яков Борисович
• доктор геолого-минералогических наук
• 2001

Оглавление диссертации доктор геолого-минералогических наук Горелик, Яков Борисович

Введение.

Глава 1. Термодинамика и механика равновесия фаз воды в дисперсных системах.

1.1. Краткий исторический очерк.

1.2. Условия равновесия влаги в мёрзлых породах как результат искривления межфазной поверхности.

1.3. Расклинивающее давление между поверхностями, разделенными жидкой прослойкой.

1.4. Влияние поверхностных сил на растворимость веществ в жидкой прослойке.

1.5. Общие условия равновесия фаз при действии расклинивающего давления.

1.6. Равновесие фаз между плоскими поверхностями.

1.7. Равновесие сферического зародыша льда в переохлажденной жидкости.

1.8. Равновесие фаз вблизи искривленных поверхностей-.

1.9. Функция расклинивающего давления льда и плавление малых частиц.

1.10. Функция расклинивающего давления минеральной поверхности.

1.11. Вычисления кривой незамерзшей воды реальных пород.

1.12. Условия фазового равновесия лед - пленка - пар.

1.13. Баланс напряжений в компонентах дисперсной породы.

Глава2. Процессы режеляции.

2.1. Предварительные замечания.

2.2. Режеляционное движение твердых тел элементарной формы.

2.3. Режеляционное движение льда сквозь модельный грунт.

2.4. Эволюция жидких включений при учете деформаций льда.

2.4.1. Замерзание пресного включения.

2.4.2. Движение пресного включения в жестком льду.

2.4.3. Замерзание и движение пресного включения.

2.4.4. Перемещение соленого включения в жестком льду.

2.4.5. Замерзание (плавление) на границах соленого включения.

2.4.6. Замерзание (плавление) на границах и движение солёного включения.

2.4.7. Изменение формы включения.

2.5. О причинах блуждания криопэгов.

2.6. О способе получения пресной воды из больших массивов льда.

2.7. Об изменении размеров воздушных включений по глубине

Антарктического льда.

Глава 3. Миграционные процессы и теоретические модели льдонакопления в промерзающих дисперсных породах.

3.1. Развитие представлений о миграционных процессах и схемах их теоретического описания.

3.2. Качественная картина и движущий механизм миграции.

3.3. Теоретическое описание стационарного процесса миграции.

3.4. Текстурообразование в промерзающих грунтах. Качественная картина.

3.5. Теоретическая модель образования слоистой текстуры в квазистационарной постановке.

3.6. Процедура расчета.

3.7. Экспериментальное определение параметров слоистой текстуры.

Сравнение с результатами расчетов.

3.8. Полная схема О'Нейла - Миллера.

Сравнение результатов расчета с квазистационарным аналогом.

3.9. Моделирование промерзания массива породы и общие закономерности льдонакопления.

Глава 4. Баротермический эффект в мерзлых дисперсных породах и температурный режим мерзлой толщи.

4.1. Предварительные замечания.•••••

4.2. Методика и результаты эксперимента.

4.3. Объяснение результатов эксперимента и анализ влияющих факторов.

4.4. Уравнения переноса тепла и массы в мерзлой зоне.

4.5. Аналитические оценки качественного поведения.

Нижний горизонт избыточной льдистости.

4.6. Аномальное распределение температуры в реликтовом слое.

Глава 5. Обобщенная модель тепломассопереноса и деформирования промерзающих и оттаивающих пород при действии нагружения.

5.1 Предварительные замечания.

5.2. Уравнения обобщенной модели.

5.3. Комментарии к уравнениям.

5.4. Текстурообразование в условиях несвязности порового льда с телом линзы.

5.5. Влияние граничного давления в жидкой фазе на процессы в мерзлом образце.

5.6. Консолидируемые среды.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физика криогенных процессов в литосфере»

Актуальность проблемы. Исследования природных процессов в Криосфере Земли имеют большое практическое значение для хозяйственной деятельности человека, включая ее экологические аспекты. Не менее важным является познание законов эволюции самой Криосферы для понимания тенденций в развитии Земли, формировании ее климата и образовании структурных элементов ее внешних оболочек. Согласно Мельникову [1997], Криосфера Земли это природная система, характеризуемая криогенными условиями, криогенными процессами и криогенными образованиями. Средами, образующими эту систему, являются планетарные оболочки - атмосфера, гидросфера, литосфера и биосфера, в каждой из которых можно выделить характерные особенности криогенных условий, процессов и образований. Качественным отличием литосферы является присутствие минеральной компоненты в консолидированном состоянии. Препятствуя разрушительному влиянию конвективного теплообмена, эта консолидированная среда обеспечивает относительную устойчивость геотехнических систем и длительность существования криогенных образований. Криогенные образования несут информацию о климатических особенностях их формирования и развития. Наличие твердого материала, фиксирующего отпечатки событий прошлого, создает предпосылки для консервации посткриогенных образовний - важных элементов палеореконструкций.

Проблемы геотехнического и экологического значения сводятся к оценке устойчивости инженерных объектов и криогенных образований, а также последствий их разрушения под влиянием факторов окружающей среды и техногенеза; проблемы палеореконструкций - к воспроизведению условий формирования криогенных и посткриогенных образований и их датировке.Способы решения этих проблем в высокой степени опираются на качественные и количественные модели криогенных процессов в литосфере. Качество моделей напрямую зависит от степени понимания физических механизмов этих процессов.

Вместе с тем, для воды, диспергированной в осадочных породах литосферы, влияние границ твердых компонент оказывается столь значительным, что приводит к проявлению качественно новых (в сравнении с поведением объемных фаз ) эффектов: существованию равновесного содержания незамерзшей воды при отрицательных температурах; возникновению однонаправленного массопереноса и льдонакопления при промерзании; режеляционному движению льда относительно скелета; текстурообразованию; изменению температурного режима и льдосодержания при деформировании под действием нагрузки и гидростатического давления. До сих пор эти явления привлекают пристальное внимание исследователей, а их общая природа, несмотря на единую порождающую причину, не понята до конца. В настоящее время имеется большое количество работ, рассматривающих механизмы этих явлений и соответствующие математические модели. Их достаточно подробный анализ приводится в разделах 1.1, 3.1 и 5.3 диссертации. Отметим здесь лишь основные моменты, характеризующие эти работы. При установлении природы равновесного состояния незамерзшей воды в мерзлых породах Чистотинов [1973], Ершов с сотрудниками [Фазовый состав., 1979], Гречищев и др.[1980] рассматривают поверхностное натяжение лед - вода и расклинивающее давление как независимые факторы, не формулируя общего условия равновесия при их совокупном действии. Это лишает данное рассмотрение необходимой общности при рассмотрении целого ряда задач. В частности, оказывается невозможным проследить зависимость толщины пленки незамерзшей воды от кривизны ограничивающих поверхностей. Остается также недостаточно определенным вид функций расклинивающего давления.

Для твердых тел рассмотрение режеляции с учетом действия расклинивающего давления и фактора капиллярности ограничено одиночными объектами простейшей формы [Gilpin, 1979], что не позволяет учесть это явление при анализе процессов в реальных породах. Теоретическое описание движения жидких включений, опирающееся на модель недеформирунмого льда, находится в серьезном противоречии с экспериментом, особенно в части расчета внутренних напряжений в капле [Shreve, 1967].

Для понимания механизмов процессов миграции, льдонакопления и текстурообразования очень важными оказались установленные экспериментально факты проницаемости мерзлых пород и наличие зоны промерзания ниже растущего шлира [Гольдштейн, 1948; Бредюк, 1959; Орлов, 1962; Ершов, 1979], а также зависимость интенсивности этих процессов от внешней нагрузки и давления в жидкой фазе [Beskow,1947], В теоретическом плане важное значение имело установление зависимости потока жидкой влаги от механических факторов и температуры[Гречищев, 1979; Дерягин, Чураев,1980; Бровка, 1991], которое проведено с учетом взаимодействия компонент породы. Этапное значение имеет теоретическая модель текстурообразования в промерзающих грунтах, предложенная О'Нейлом и Миллером [O'Neill, Miller, 1985]. В ней нашли отражение такие важные элементы как особенности фазового состава влаги в породе, наличие прмерзающей зоны и ее проницаемость, режеляционное движение порового льда, дифференциация напряжений в компонентах породы, критерии образования нового шлира и окончания его роста. Тем не менее, эта модель имеет серьезные недостатки, которые состоят в следующем: не учитывается деформируемость скелета породы при сжимающих нагрузках; не приняты во внимание деформируемость льда, неизотропный характер его внутренних напряжений и сопротивление его режеляционному движению сквозь матрицу скелета Кроме того , сам способ описания, привязанный к слоистости, приводит к резкому сужению множества реальных процессов, подлежащих рассмотрению.

Консолидация мерзлой породы под действием нагрузки или собственного веса -важный элемент природных и техногенных процессов. Его отдельные аспекты с точки зрения равновесного состояния и в связи с особенностями фазового состава поровой влаги рассмотрены в работах [Цытович,1973; Коновалов, 1991; Кондаков и др. 1989]. Однако в них отсутствует анализ динамики этого процесса в связи с факторами теплообмена, деформируемости и относительного движения компонент породы, а также характером перераспределения внутренних напряжений в ее компонентах. Важная связь процесса деформирования с изменением температурного режима породы также не рассмотрена в этих и других аналогичных работах.

В целом, несмотря на весьма значительные успехи, достигнутые в понимании всего круга обозначенных выше явлений, их описание оказывается недостаточно полным и разрозненым, а полученный уровень знаний недостаточным, что бы установить их единую природу и сформулировать общую теоретическую модель для их описния. Возможность единого подхода к разнонаправленным процессам увеличения и уменьшения льдистости фактически не обсуждается в литературе. Необходимость восполнить эти недостатки является основанием для выполнения данной работы.

В силу того, что эффекты о которых идет речь, проявляются лишь при наличии дисперсного материала представляется весьма вероятным существование их единой природы, заключающейся в энергетическом влиянии минеральной поверхности на фазы воды. Учитывая, что эти явления в полной мере проявляются и в дисперсных системах полностью насыщенных хорошо очищенной водой, целесообразно на первом этапе исключить из рассмотрения факторы растворимых примесей и неполного водонасыщения, которые могут оказывать свое влияние, но не являются принципиальными. При построении математической модели представляется целесообразным принять во внимание особенности деформирования и относительного движения твердых компонент породы (льда и минерала). Цель и задачи исследований. Основной целью работы является установление физических механизмов криогенных процессов и явлений, характерных для дисперсных отложений литосферы, выявление на этой основе их общности и формулировка теоретической модели для их описания.

В соответствии с поставленной целью оформляются залачи исследований:

1.Дать общую формулировку условий равновесия фаз воды, диспергированных в пористом теле.

2.Установить особенности режеляционного движения твердых и жидких образований во льду с учетом его механических свойств.

3.Установить механизм и выявить физические особенности процессов миграции, льдонакопления, пучения, текстурообразования.

4.Выявить связь уплотнения мерзлой породы с изменениями льдистости и температурного режима. Дать способ количественного описания этого процесса.

5. Разработать математическую модель для единообразного описания разнонаправленных процессов льдонакопления, уменьшения льдистости и совокупности сопутствующих явлений.

Характеру поставленных задач наиболее полно соответствуют методы физического (лабораторного) и математического моделирования, которые использовались при их решении.

Научная новизна работы определяется следующими пунктами:

1 .Введено понятие избытка энергии фаз воды, обусловленного влиянием межфазной поверхности и границ минеральной компоненты среды. Установлена связь этого избытка с величинами поверхностного натяжения лед - вода и расклинивающим давлением. Получены общие условия равновесия воды и льда в поле действия поверхностей, которые описываются двумя уравнениями. Первое из них - это известное обобщенное уравнение Клапейрона -Клаузиуса, а второе определяет разность давлений в фазах через отношение вариаций избытка энергии и объема одной из фаз. На этой основе выполнен анализ конкретных систем, результаты которого сопоставлены с опытом. В частности, предложено объяснение существованию "нерастворяющего объема" вблизи минеральной поверхности и приведен расчет кривой незамерзшей воды для реальной породы по известной структуре пористого пространства.

2.Установлено, что режеляционное движение льда сквозь матрицу скелета, которое может сопутствовать росту ледяных шлиров, вызывает в нем растягивающие напряжения, значительно превосходящие прочность льда на разрыв. Это означает, что наиболее вероятной схемой роста шлира является та, при которой поровый лед в промерзающей зоне не связан с его телом. Установлено, что при анализе режеляционного движения жидких включений во льду для согласования с экспериментальным материалом необходимо принять во внимание вязкое деформирование льда. Разработана соответствующая теоретическая модель и на этой основе предложено объяснение "блужданию" криопэгов, изменению размеров воздушных включений по глубине Антарктического льда и приведено обоснование способу получения пресной воды из айсбергов.

3.Установлено, что характерные особенности стационарных процессов миграции (немонотонное поведение потоков от режима охлаждения, их зависимость от нагрузки и давления в жидкой фазе, отсутствие массопереноса при отличном от нуля градиенте температуры в определенных случаях, условия равновесия) объясняются удовлетворительным образом, если в качестве движущего механизма миграции принять совокупность капиллярных и поверхностных сил по контакту льда и минерала. Дано экспериментальное и теоретическое обоснование квазистационарному варианту теоретической модели текстурообразования и на этой основе получено объяснение немонотонному характеру распределения льдистости по разрезу эпигенетически промерзшей толщи, охарактеризованы условия образования пластовых льдов сегрегационного происхождения и установлена связь поясковых текстур с гидрологической ритмикой питающего водоема.

4.Исходя из условий равновесия фаз дано теоретическое обоснование и впервые обнаружено экспериментально новое явление - охлаждение мерзлых пород в процессе уплотнения под действием внешней нагрузки (баротермический эффект). Величина нагрузки при этом ниже, чем требуется для плавления объемной фазы льда при температуре окружающей среды. Сформулирована математическая модель для количественного описания динамики этого процесса на основе которой дано объяснение аномальному профилю температуры в реликтовом слое мерзлой толщи в районе г.Салехард Тюменской области. Объяснить такой профиль иными известными способами практически невозможно.

5. Разработана математическая модель, позволяющая с единых позиций дать способ количественного описания процессов пучения и консолидации. Направленность процессов определяется знаком отклонения внешних параметров от равновесного значения, определяемого обобщенным уравнением Клапейрона - Клаузиуса. Модель учитывает деформируемость твердых компонент породы и их относительное движение, неизотропный характер напряжений в поровом льду и сопротивление его режеляционному движению. Показана тесная связь процессов тепломассопереноса с деформируемостью породы. На защиту выносятся следующие положения:

1 .Общая форма условий равновесия лед - вода в дисперсной системе и их особенности для конкретных систем, обусловленные избытком энергии фаз.

2. Теоретическая модель эволюции жидких включений во льду с учетом его вязкого деформирования. Выводы о причинах "блуждания" криопэгов, закономерностях изменения размеров воздушных включений по глубине Антарктического льда и способе добычи воды из айсберга.

3.Теоретическая модель миграции и текстурообразовния со стационарным профилем температуры и давления в промерзающей зоне и фазовым переходом на ее границах. Выводы в отношении закономерностей стационарного роста льда, распределения льдистости по глубине эпигенетически промерзшей толщи, влияния на этот процесс гидрологической ритмики, а также условий образования пластовых льдов сегрегационного происхождения.

4.Установленное явление понижения температуры мерзлой породы в процессе ее уплотнения под действием внешней нагрузки (баротермический эффект) и теоретическая модель для количественного описания его динамики. Способ объяснения аномального распределения температуры в реликтовом слое мерзлой толщи вблизи г.Салехард.

5.Обобщенная модель тепломассопереноса и деформирования мерзлых, промерзающих и оттаивающих пород.

Практическая значимость работы. Уравнения равновесия фаз внутрипоровой влаги могут быть использованы при решении следующих задач: установлении равновесной формы границы раздела лед - вода; теоретической оценки температур начала замерзания и окончания оттаивания капилляров; оценки зависимости температуры переохлаждения капель тумана и температуры оттаивания ледяных кристаллов от их размера (с учетом действия расклинивающего давления по межфазной поверхности); оценочных расчетах количества незамерзшей воды в дисперсных материалах по известной структуре их пористого пространства; оценке изменения концентрации водных примесей и молекул воды с различным изотопным составом вблизи активной поверхности минерала. Последнее может иметь значение для совершенствования процессов разделения и при анализе состояния подземных вод. Условия равновесия, кроме того, являются базой для понимания природы криогенных процессов в дисперсных системах.

Результаты исследования режеляционных процессов могут быть полезны при оценках скорости опреснения морского льда, описании движения ледников по шероховатому ложу, в прогнозе состояния межмерзлотных и подмерзлотных вод, способах получения пресной воды из больших массивов льда. По наблюдаемым размерам воздушных включений может быть дана оценка напряженного состояния ледникого массива и характера его движения.

Установленные закономерности процессов миграции и текстурообразования, распределения льдистости могут быть полезны при общей оценке запасов подземного льда в криолитозоне; по известным формам криогенных и посткриогенных текстурных образований и литологическим характеристикам вмещающих пород возможно восстановление климатических условий их формирования; эти же закономерности могут быть полезны с точки зрения оценки глубины заложения кондуктора эксплуатационных скважин, перекрывающих горизонт избыточной льдистости.

Установленная связь между уплотнением мерзлой породы и изменением ее температурного режима теоретически не должна зависеть от природы вещества, заполняющего пористое тело. В случае экспериментального подтверждения это может иметь важные следствия для процессов химической технологии и понимания геологических процессов. Математическая модель этого явления может быть полезна для прогноза температурного режима мерзлой толщи и при интерпретации геотермических данных, относящихся к ее подошве.

Обобщенная модель криогенных процессов может быть положена в основу количественного описания эволюции состояния геологических и технологических масс вещества под действием переменных во времени внешних факторов механической и тепловой природы. С этой точки зрения ее использование может быть полезным для прогноза состояния геотехнических объектов при их длительной эксплуатации, а также для создания на ее основе достаточно совершенных моделей палеореконструкций. Установленная на основе этой модели тесная связь между интенсивностью изменения внутренних параметров среды (температурой, льдистостью, напряжениями в компонентах, потоками массы) и прикладываемыми внешними воздействиями позволяет наметить путь для контроля за гирогеологическим режимом окружающих пород по данным измерения температурного поля мерзлой толщи. Может быть выполнена также и оценка обратного влияния. Возможно создание на этом принципе чувствительных датчиков и элементов управления типа давление - температура. Интерес представляет возможность оценки роли направленной миграции воды в твердой фазе сквозь минеральный скелет, которая остается практически неизученной.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликована 31 работа. Отдельные результаты исследований докладывались на всероссийских и международных конференциях:

Геокрилогический прогноз в осваемых районах Крайнего Севера, Москва, 1982 Проблемы геокриологии Забайкалья, Чита, 1984

111 Всесоюзная конференция по физике и механике льда, Москва, 1988 Геокрилогические исследования в Арктических районах, Ямбург, 1989 Проблемы криологии Земли, Москва, 1989, 1992,1994 Проблемы криологии Земли, Пущино, 1996 - 1998, а также на семинарах Института механики РАН, Института физической химии РАН, Института механики многофазных систем СО РАН, кафедре Механики многофазных систем Тюменского государственного Университета.

Структура диссертации. Диссертация объемом 293 страниц состоит из Введения, 5 глав, Заключения и списка литературы, включающего 341 наименований. Иллюстрации насчитывают 131 рисунок.

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Горелик, Яков Борисович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сформулируем кратко результаты исследований и полученные на их основе выводы.

1. Введенный в рассмотрение избыток энергии фаз однозначно связан с величинами поверхностного натяжения лед - вода и расклинивающим давлением между твердыми компонентами породы. Полученная на этой основе общая форма условий равновесия фаз воды в пористом теле включает два уравнения. Первое из них есть обобщенное уравнение Клапейрона - Клаузиуса, а второе определяет связь разности давлений в фазах через величины поверхностного натяжения и расклинивающего давления. На основе анализа результатов лабораторных экспериментов установлен вид функций расклинивающего давления, что позволяет применить поученные уравнения при изучении конкретных систем. Уравнения равновесия фаз использованы при решении следующих задач: оценки температур начала замерзания и окончания оттаивания капилляров; оценки зависимости температуры переохлаждения капель тумана и температуры оттаивания ледяных кристаллов от их размера (с учетом действия расклинивающего давления по межфазной поверхности); оценочных расчетах количества незамерзшей воды в дисперсных материалах по известной структуре их пористого пространства; оценке изменения концентрации водных примесей и молекул воды с различным изотопным составом вблизи активной поверхности минерала. Условия равновесия, кроме того, являются базой для понимания природы криогенных процессов в дисперсных системах.

2. Вследствие разности плотностей воды и льда изменение размеров жидких включений, которое сопутствует их режеляционному движению под действием внешнего градиента температуры, возможно лишь при деформируемости фаз. При их малой сжимаемости решающее значение имеет вязкое деформирование льда. Учет этого фактора приводит к существенной разгрузке растягивающих напряжений внутри включений и объясняет непонятный в иных теоретических моделях факт отсутствия газовыделения в каплях. Кроме того, это позволяет существенно улучшить соответствие расчетных скоростей миграции включений экспериментальным данным при температурах, близких к 0°С. Эти результаты согласуются с иными известными фактами, например, увеличением скорости миграции с повышением молекулярного веса растворенных в капле примесей и увеличением ее диаметра в процессе миграции.

Полученные в этом пункте результаты дают объяснение загадочному "блужданию" криопэгов, закономерному изменению размеров воздушных включений по глубине Антарктического льда и позволяют обосновать способ получения пресной воды из айсберга. Кроме того, они важны для понимания роли вязкого деформирования льда в процессах миграции и консолидации мерзлых пород.

3.Совокупность капиллярных и поверхностных сил, предложенная в качестве основного механизма миграции, объясняет наблюдаемые экспериментально особенности стационарных процессов: немонотонный характер изменения потоков при понижении температуры охлаждения; зависимость миграционного потока от внешней нагрузки и давления в питающем резервуаре; условия равновесия в системе; отсутствие при определенных условиях массопереноса при отличном от нуля градиенте температуры. Это позволяет распространить данный подход к описанию более сложных явлений -текстурообразования и пучения. Проведено обоснование квазистационарного аналога известной теоретической модели О'Нейла - Миллера, который обладает существенными преимуществами с точки зрения вычислительных процедур. Путем численного моделирования процесса текстурообразования установлен немонотонный характер в распределении льдистости по глубине промерзшей толщи. Начиная с глубины 100 - 150 м. вес породы "задавливает" процесс шлирообразования, что может быть важным для технологии строительства и конструкции скважин в этих условиях. Размеры шлиров в максимуме кривой распределения могут варьировать в широком диапазоне (в зависимости от условий промерзания и свойств породы) от долей миллиметра до десятков метров. Рост значительных по мощности слоев льда характеризуется относительно мягкими условиями промерзания и повышенной проницаемостью пород. Показано, что объяснить факт существования так называемых поясковых текстур возможно лишь влиянием гидрологической ритмики питающего водоема. Это послужило основанием для предположения, что такие текстуры могут являться палеоклиматическим индикатором этой ритмики.

4.Впервые установлен экспериментально факт понижения температуры мерзлой породы в процессе ее уплотнения (баротермический эффект). Величина внешней нагрузки в этом процессе ниже, чем требуется для плавления объемной фазы льда при температуре окружающей среды. Теоретическое обоснование этого явления, основанное на общих условиях равновесия фаз, не зависит от природы вещества, заполняющего пористое тело. В случае экспериментального подтверждения это может иметь важные следствия для процессов химической технологии и понимания геологических процессов. Предложена математическая модель для количественного описания динамики этого процесса на основе которой дано объяснение аномальному профилю температуры в реликтовом слое мерзлой толщи в районе г.Салехард Тюменской области. Действие веса вышележащих пород приводит к длительно протекающему процессу таяния льда в объеме этого слоя, что и приводит к его охлаждению. Аналогичное действие веса пород может оказаться важным при интерпретации геотермических данных, относящихся к подошве мерзлой толщи при нарушении в ней условий термодинамического равновесия.

5. Показано, что процессы пучения и консолидации мерзлых пород имеют общую природу. Их направленность определяется только знаком отклонения внешних параметров от равновесных значений, определяемых обобщенным уравнением Клапейрона - Клаузиуса. В отсутствии образования слоистости процесс пучения, как и консолидация, имеет объемный характер. Сформулирована математическая модель, позволяющая с единых позиций дать способ количественного описания этих процессов, не разделяя по направленности изменения льдистости. Модель учитывает деформируемость твердых компонент породы и их относительное движение, неизотропный характер напряжений в поровом льду и сопротивление его режеляционному движению. В случае жесткого скелета модель допускает редукцию к описанию слоистости при промерзании. При этом показано, что в случае связанности тела растущего шлира с поровым льдом промерзающей зоны в последнем возникают растягивающие напряжения, существенно превышающие прочность льда на разрыв. На этом основании высказано предположение, что наиболее вероятной схемой роста шлиров является та, при которой поровый лед не связан со шлиром и покоится относительно скелета. Примеры расчета текстур этого варианта в сравнении со схемой О'Нейла - Миллера показывают их качественное соответствие, однако количественные различия должны быть предметом дальнейших исследований.

Численное моделирование процессов показывает тесную связь между свойствами компонент породы и направлением процессов тепломассопереноса. В частности, понижение давления в жидкости на границах образца с жестким скелетом вызывает внутри него процесс домораживания, сопровождающийся разогревом. В образце с деформируемым скелетом такое воздействие приводит к противоположным эффектам. С другой стороны четко выявляется взаимная обусловленность этих процессов и их связь с деформированием системы.

Полученные здесь результаты важны также с точки зрения понимания природы неустойчивости мерзлых массивов, нарушение состояния термодинамического равновесия которых даже в пределах диапазона отрицательных температур приводит к возникновению длительно протекающих массообменных процессов, где важное влияние оказывает вес породы.

Ограничения на применение уравнений модели должны быть выявлены в ходе дальнейших исследований. Одно из них представляется достаточно очевидным - это близость температуры пород к области интенсивных фазовых превращений.

Список литературы диссертационного исследования доктор геолого-минералогических наук Горелик, Яков Борисович, 2001 год

1. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М., Мир, 1979, 568с.

2. Акимов Ю.П. Сравнительная оценка методов определения содержания незамёрзшей воды в мёрзлых грунтах // Мерзлотные исследования. Вып. 17. М., изд-во Московского университета, 1978, 190-196.

3. Аксенов Б.Г. Исследование процессов тепломассообмена в грунтах, строительных материалах и сооружениях // Автореферат дисс. докт. физ.-мат. наук. Тюмень. 1994, 48с.

4. Ананян A.A., Голованова Г.Ф., Волкова Е.В. Исследование фазового состава воды в мёрзлой бентонитовой глине и суглинке методом спин-эхо на импульсном ЯМР-спектрометре // Мерзлотные исследования. Вып.15. М., изд-во Московского университета, 1976, 182-187.

5. Андерсон Д., Бенсон К. Уплотнение и диагенез снега // Лед и снег. М., Мир, 1966, 345-369.

6. Анисимов М.А., Танкаев Р.У. Плавление льда вблизи гидрофильной поверхности // ЖЭТФ. 1981, 81, 1(7), 217-225.

7. Анисимова И.П. Криогидрогенные изменения ландшафта // Техногенные ландшафты Севера и их рекультивация. Новосибирск, Наука, 1979, 148-152.

8. Атлас океанов. Тихий океан. М., Мин. обороны СССР, ГУГК, 1974, 302с.

9. Бадд У.Ф. Динамика масс льда. Л., Гидрометеоиздат, 1975, 236с.

10. Бакаев В.А., Киселев В.Ф., Красильников К.Г. Понижение температуры плавления воды в капиллярах пористого тела// ДАН СССР. 1959, 125, 4, 831-834.

11. Балобаев В.Т. Геотермия мерзлой зоны литосферы севера Азии. Новосибирск, Наука, Сиб. отд-е, 1991, 194 с.

12. Балобаев В.Т., Павлов A.B., Перлыитейн Г.З. Теплофизические исследования криолитозоны Сибири. Новосибирск, Наука, 1983, 284с.

13. Бараненко В.И., Острецов И.Н., Киров B.C., Фальковский Л.П., Пионтковский А.И. Растворимость воздуха в воде // ЖФХ. 1990, 64, 12, 3256-3261.

14. Бардасов С.А., Соболев В.Д., Чураев Н.В. Зависимость толщин незамерзаюших прослоек воды от кривизны поверхности частиц кремнезёма и температуры // Коллоидный ж. 1991, 53,6, 996-1001.

15. Бардасов С.А., Соболев В.Д., Чураев Н.В. Зависимость толщин незамерзаюших прослоек воды от внешнего давления // Коллоидный ж. 1992, 54, 2, 28-34.

16. Бардасов С.А., Соболев В.Д., Чураев Н.В. Оценки вязкости незамерзаюших прослоек воды // Коллоидный ж. 1993а, 55, 4, 15-20.

17. Бардасов С.А., Соболев В.Д., Чураев Н.В. Расклинивающее давление незамерзаюших прослоек воды между поверхностями льда и кварца // Коллоидный ж. 19936, 55, 4, 8-14.

18. Баренблатт Г.И. О некоторых приближенных методах в теории одномерной неустановившейся фильтрации жидкости при упругом режиме // Известия АН СССР. Отд. техн. наук, 1954, 9, 35-49.

19. Барков Н.И., Липенков В.Я. Количественная характеристика структуры льда до глубины 1400 м в районе станции Восток в Антарктиде // Материалы гляциологических исследований, №51. М., 1984, 178-186.

20. Баулин В.В. Многолетнемерзлые породы нефтегазоносных районов СССР. М., Недра, 1985, 176 с.

21. Баулин В.В., Белопухова Е.Б., Дубиков Г.И., Шмелев Л.М. Геокриологические условия Западно-Сибирской низменности. М., Наука, 1967, 214с.

22. Белоусов В.П., Панов М.Ю. Термодинамика водных растворов неэлектролитов. Л., Химия, 1983,265с.

23. Белоушек П., Зуппа М., Майер С. Состояние воды в тонких плёнках между двумя гидрофильными пластинами из плавленного кварца // Коллоидный ж. 1986, 48, 6, 10671075.

24. Беляев Н.М., Рядно A.A. Методы теории теплопроводности. 4.1. М., Высшая школа. 1982. 328с.

25. Богородский В.В., Таврило В.П. Лед. Л., Гидрометеоиздат, 1980, 384с.

26. Боженова А.П., Бакулин Ф.Г. Экспериментальные исследования механизмов передвижения влаги в промерзающих грунтах // Материалы по лабораторному исследованию мерзлых грунтов. Сб.З. М., изд-во Академии наук СССР, 1957, 117-128.

27. Бондаренко Н.Ф. Физика движения подземных вод. Л., Гидрометеоиздат, 1973, 215с.

28. Борозинец В.Е., Фельдман Г.М. Вакуумно-фильтрационный механизм образования мощных шлиров льда // Проблемы криолитологии. Вып.9. М., изд-во Московского университета, 1981, 165-178.

29. Бредюк Г.П. Определение величины и интенсивности пучения промерзающих грунтов // Материалы по физике и механике мерзлых грунтов. М., изд-во Академии наук СССР, 1959, 62-68.

30. Бровка Г.П. Тепло- и массоперенос в природных дисперсных системах при промерзании. Минск, изд-во Наука и техника, 1991,190с.

31. Бровка Г.П., Дедюля И.В., Чураев Н.В. Термокристаллизационное течение тонких прослоек незамерзающей воды в пучках кварцевых капилляров // Коллоидный ж. 1990, 52, 2, 345348.

32. Бык С.Ш., Макогон Ю.Ф., Фомина В.И. Газовые гидраты. М., Химия, 1980, 296с.

33. Вейнберг Б.П. О точности, с какой можно считать известными температуру и давление тройной точки воды // ЖЭТФ, 1939, 9, 1, 106-113.

34. Вейнберг В.П. Лед. M.-JL, изд-во Техн.-теор. лит., 1940, 524с.

35. Вензель Б.И., Егоров Е.А., Жиженков В.В., Клейнер В.Д. Определение температуры плавления льда в пористом стекле в зависимости от размеров пор // ИФЖ. 1985, 48, 3, 461466.

36. Вода и водные растворы при температурах ниже 0 °С. Киев, Наукова думка, 1985, 388с.

37. Войтковский К.Ф. Механические свойства льда. М., изд-во Академии наук СССР, 1960, 100с.

38. Втюрин Б.И. Подземные льды СССР. М., Наука, 1975, 216с.

39. Вялов С.С., Докучаев В.В., Шейнкман Д.Р. Подземные льды и сильнольдистые грунты как основания сооружений. Л., Стройиздат, 1976, 168с.

40. Гасанов Ш.Ш. К проблеме происхождения пластовых залежей подземного льда // Пластовые льды криолитозоны. Якутск, 1982, 3-13.

41. Гегузин Я Е. Диффузионная зона. М., Наука, 1979, 344с.

42. Гегузин Я.Е., Дзюба A.C., Кружанов B.C. Исследование поведения жидких включений в кристалле в поле температурного градиента//Кристаллография. 1975, 20, 2, 383-391

43. Гегузин Я.Е., Кривоглаз М.А. Движение макроскопических включений в твердых телах. М., Металлургия, 1971, 344с.

44. Гегузин Я.Е., Кружанов B.C. Изучение процессов роста и растворения методом движущегося жидкого включения // Рост кристаллов.Т.17. М., Наука, 1988, 383-391.

45. Гиббс Дж. В. Термодинамика. Статистическая физика. М. Наука, 1982, 584с.

46. Глобус A.M. Физика неизотермического внутрипочвенного влагообмена. Л., Гидрометеоиздат, 1983, 280с.

47. Голубев Г.Н. Жидкая вода внутри ледников // Материалы гляциологических исследований, вып.26, М., 1976,31-51.

48. Гольдштейн М.Н. Деформации земляного полотна и оснований сооружений при промерзании и оттаивании // Труды Всесоюзного научно-исслед. ин-та железнодорожного транспорта. Вып. 16. М., Трансжелдориздат, 1948, 211с.

49. Гольдштик М.А., Штерн В.Н., Яворский Н.И. Вязкие течения с парадоксальными свойствами. Новосибирск, Наука, 1989, 336с.

50. Горелик Я.Б. К теории сил морозного пучения грунтов // Опыт и проблемы проектирования обустройства нефтяных месторождений Западной Сибири. Тюмень, СибНИИНП, 1981, 112-123.

51. Горелик Я.Б. Расчет размеров ледяного шлира в промерзающем водонасыщенном грунте // Геокриологический прогноз в осваиваемых районах Крайнего Севера. Тезисы докл. М., ВСЕГИНГЕО, 1982, 154-155.

52. Горелик Я.Б., Колунин B.C. Граничные условия на фронте льдовыделения и расчет слоистых текстур при промерзании водонасыщенных грунтов // Методика и техника геокриологических исследований. Новосибирск, Наука, 1988а, 40-53.

53. Горелик Я.Б., Колунин B.C. О миграции влаги при промерзании пористых сред // III Всесоюзная конференция по механике и физике льда. Тезисы докл. Москва, 19886, 27

54. Горелик Я.Б., Колунин B.C. О миграции влаги при промерзании пористых сред // Геокриологические исследования в арктических районах. Вып.4, Ямбург, 1989, 79-96.

55. Горелик Я.Б., Колунин B.C. Механизмы образования слоистых текстур при промерзании грунтов // Инженерно- геологическое изучение и оценка мерзлых, промерзающих и оттаивающих грунтов. С.-Пб., ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1993, 53-67.

56. Горелик Я.Б., Колунин B.C. Моделирование процесса льдообразования в промерзающих грунтах // Материалы первой конференции геокриологов России, кн.2, М., 1996, 41-52.

57. Горелик Я. Б., Колунин В. С. Моделирование процесса льдообразования в промерзающих грунтах // Ежегодна международная конференция по проблемам криологии Земли. Тезисы докл. Пущино, 1996, 195 196.

58. Горелик Я. Б., Колунин В. С. Простейшие физические модели криогенных процессов // Ежегодна международная конференция по проблемам криологии Земли. Тезисы докл. Пущино, 1997, 261 -262.

59. Горелик Я. Б., Колунин В. С. Об условиях существования жидкой фазы во льду. // Ежегодна международная конференция по проблемам криологии Земли. Тезисы докл. Пущино, 1998, 158- 161.

60. Горелик Я.Б., Колунин B.C. Об условиях существования жидкой фазы во льду // Криосфера Земли. 19996,3,2,71-81.

61. Горелик Я.Б., Колунин B.C., Решетников А.К. Простейшие физические модели криогенных явлений // Криосфера Земли, 1997а, 1, 3,19-29.

62. Горелик Я.Б., Колунин B.C., Пичугин О.Н. Сравнительный анализ математических моделей образования криотекстур // Итоги фундаментальных исследований криосферы Земли в Арктике и Субарктике. Новосибирск, Наука, 19976, 205-214.

63. Горелик Я.Б., Колунин B.C., Решетников А.К. Баротермический эффект в мерзлых грунтах и температурный режим мерзлой толщи // Криосфера Земли. 1999а, 3, 1, 69-77.

64. Горелик Я. Б., Колунин В. С., Решетников А.К. Теплоперенос и деформирование мерзлых пород. // Ежегодна международная конференция по проблемам криологии Земли. Тезисы докл. Пущино, 2001, 173 175.

65. Горелик Я.Б., Колунин B.C., Рзаев И.А. Незамерзшая вода в мерзлых грунтах и ее свойства, деп. ВИНИТИ, 1999с, 57с.

66. Горелик Я.Б., Колунии B.C. Моделирование льдонакопления при промерзании массива грунта // Криосфера Земли. 2000а, 4, 2, 41-51.

67. Горелик Я.Б., Колунин B.C. Бесструктурное описание процессов тепломассопереноса и деформирования мерзлых грунтов // Криосфера Земли. 2000, 4, 4, 34-46.

68. Горелик Я.Б., Колунин B.C., Решетников А.К. Внутренние напряжения в промерзающем грунте и теоретические модели тепломассопереноса, деп. ВИНИТИ, 20006, 16с.

69. Горелик. Я. Б., Кудрявцев Е. А. О слоистой текстуре водонасыщенных грунтов при промерзании.// Всесоюзное совещание по проблемам криологии Забайкалья. Тезисы докл., Чита, 1984, 114.

70. Горелик Я. Б., Кудрявцев Е. А. Шуклина Э. В. Изучение процесса пучения в водонасыщенных грунтах. // Сб. Опыт и проблемы освоения нефтяных месторождений Западной Сибири, Тюмень, 1984, 117 122.

71. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. Киев, Наукова думка, 1987, 830с.

72. Гречищев С.Е. Межфазное взаимодействие в поровой влаге и термореологичекая модель мерзлых грунтов // Инж. геология. 1979, 4, 72-85.

73. Гречищев С.Е. Кинетика фазовых переходов, температурные деформации и пучение мерзлых грунтов //Криосфера Земли,1997, 1, 3, 30-34.

74. Гречищев С.Е., Павлов A.B., Пономарев В.В. Кинетика замерзания воды в дисперсных грунтах (эксперимент, теория) // Материалы первой конференции геокриологов России, кн. 2. М„ 1996, 19-31.

75. Гречищев С.Е., Чистотинов J1.B., Шур Ю.Л. Криогенные физико-геологические процессы и их прогноз. М., Недра, 1980, 384с.

76. Гречищев С.Е., Чистотинов Л.В., Шур Ю.Л. Основы моделирования криогенных физико-геологических процессов. М., Наука, 1984, 232с.

77. Григорян С.С., Красс М.С., Гусева Е.В., Геворкян С.Г. Количественная теория геокриологического прогноза. М., изд-во Московского университета, 1987, 266с.

78. Далматов Б.И. Воздействие морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений // Тр. Ленинград, инж.-строит, ин-та. Вып. 27. Л.-М., Госстройиздат, 1957, 59с.

79. Данилов В.И. О роли нерастворимых примесей при кристаллизации жидкостей // Сборник научных работ лаборатории металлофизики. Киев, изд-во Академии наук УССР, 1948, 95124.

80. Данилов И.Д. Подземные льды. М., Недра, 1990, 140 с.

81. Даниэлян Ю.С., Аксенов Б.Г. Тепловлагоперенос и деформация в промерзающих рыхлых грунтах // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1990, 4, 177-182

82. Даниэлян Ю.С., Яницкий П.А. О кинетике замерзания воды во влажных грунтах // Известия Сибирского отд. АН СССР. 1979, 13, 3, 89-92.

83. Де Гроот С., Мазур П. Неравновесная термодинамика. М., Мир, 1964, 456с.

84. Дерягин Б.В., Чураев Н.В. Течение незамерзающих прослоек воды и морозное разрушение пористых тел // Коллоид, ж. 1980, 42, 5, 842-852.

85. Дерягин Б.В., Чураев Н.В. Смачивающие плёнки. М., Наука, 1984, 160с.

86. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М., Наука, 1985, 398с.

87. Драницын Д.А. О некоторых зональных формах рельефа Крайнего Севера // Почвоведение. 1914, 4,21-68.

88. Дубина М.М., Черняков Ю.А. Моделирование и расчёт термопластичного состояния мерзлых пород. Новосибирск, Наука, 1991, 119с.

89. Духин И.Е. О некоторых факторах, влияющих на мощность многолетнемерзлых горных пород // Материалы к учению о мерзлых зонах земной коры. Вып.IX. Теплофизические вопросы строительства на мерзлых грунтах. М., изд-во Академии наук СССР, 1963, 141149.

90. Дядин Ю.А., Урагин К.А., Бондарюк И.В. Соединения включения. Новосибирск, НГУ, 1988, 92с.

91. Ершов Э.Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в дисперсных породах. М., изд-во Московского университета, 1979, 214 с.

92. Жесткова Т.Н. Криогенные текстуры и льдообразование в рыхлых отложениях. М., Наука, 1966, 108с.

93. Жесткова Т.Н. Формирование криогенного строения грунтов. М., Наука, 1982а, 216 с.

94. Жесткова Т.Н. Влияние плотности на льдовыделение промерзающих грунтов // Мерзлотные исследования. Вып.13. М., изд-во Московского университета, 19826, 205-211.

95. Жесткова Т.Н., Шур Ю.Л. Промерзание грунтов в условиях открытой системы // Мерзлотные исследования. Вып. XIX. М., изд-во Московского университета, 1980, 164-177.

96. Зарецкий Ю.К., Чумичев Б.Д., Щеболев А.Г. Вязкопластичность льда и мерзлых грунтов. Новосибирск, Наука, 1986, 184с.

97. Золотарь И.А. Расчет промерзания и величины пучения грунта с учетом миграции влаги //Процессы тепло- и массообмена в мерзлых горных породах. М., Наука, 1965, 19-25.

98. Зоммерфельд А. Термодинамика и статистическая физика. М., изд-во Иностранной литературы, 1955 480с.

99. Зотиков И.А. Тепловой режим ледникового покрова Антарктиды. JL, Гидрометеоиздат, 1977, 168с.

100. Истомин В.А., Якушев B.C. Газовые гидраты в природных условиях. М., Недра, 1992, 236с.

101. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М., Наука, 1964, 488с.

102. Качанов JI.M. Теория ползучести. М., изд-во Физ.-мат. лит, 1960, 456с.

103. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. М., Наука, 1969, 420с.

104. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М., Наука, 1974, 312с.

105. КачинскийН.А. Физика почвы. ч.2, М., Высшая школа, 1970, 358с.

106. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. Л., Гидрометеоиздат, 1973, 366с.

107. Квливидзе В.И., Ананян A.A., Краснушкин A.B., Курзаев А.Б. Влияние межфазной границы на плавление льда в гетерогенных системах // Связанная вода в дисперсных системах. Вып. 3. М., изд-во Московского университета, 1974, 121-126.

108. Квливидзе В.И., Киселев В.Ф., Ушакова Л.А.О существовании квазижидкой плёнки на поверхности льда//ДАН СССР. 1970, 191, 5, 1088-1090.

109. Квливидзе В.И., Краснушкин A.B., Злочевская Р.И. Свойства поверхностных пленок и слое воды // Поверхностные пленки воды в дисперсных струтурах. М., изд-во Московского университета, 1988, 48-67.

110. Квливидзе В.И., Курзаев А.Б. Свойства тонких слоев воды по данным метода ЯМР // Поверхностные силы в тонких плёнках. М., Наука, 1979, 211-215.

111. Кингери У.Д., Гуднау У.Х. Миграция рассола в соленом льду // Лед и снег, М., Мир, 1966, 214-225.

112. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М., Наука, 1979, 512с.

113. Колунин B.C. Моделирование текстурообразования в промерзающих грунтах. Автореферат дисс. на соиск. уч. степ, к.ф.-м.н., Тюмень, 1996, 24с.

114. Комаров И.А. Термодинамика промерзающих и мерзлых дисперсных пород. Автореферат дисс. на соиск. уч. степ, д.г.-м.н., Москва, 1999, 52с.

115. Кондаков В.В., Кондакова O.A. Результаты исследования влияния внешнего давления и засоленности на фазовый состав воды в мерзлых породах // Геокриологические исследования в арктических районах. Вып.З, Ч.2,Ямбург, 1989,29-35.

116. Конищев В.Н., Рогов В.В. Методы криолитологических исследований. М., Изд во МГУ, 1994, 136с.

117. Коновалов A.A. Прочностные свойства мерзлых грунтов при переменной температуре. Новосибирск, Наука, 1991, 92с.

118. Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырский П.И. Вычислительные методы. Т.2. М., Наука, 1977, 400с.

119. Лабораторные методы исследования мерзлых пород. М., Изд-во Московского университета, 1985,351с.

120. Ландау Л.Д., Ахиезер А.И., Лифшиц Е.М. Курс общей физики. М., изд-во Физ.-мат. лит., 1965, 384с.

121. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М., Наука, 1964, 568с.

122. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М., Наука, 1988, 736с.

123. Липенков В.Я. Образование и разложение гидратов воздуха в ледниковом льду // Материалы гляциологических исследований, №65. М., 1989, 58-64.

124. Лифшиц И.М., Гулида Л.С.К теории локального плавления // ДАН СССР. 1952, 87, 3, 377380.

125. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М., Наука, 1987, 840с.

126. Лоу Ф.Ф. Структурная составляющая давления набухания глин // Коллоидный ж. 1986, 48, 6, 1081-1089.

127. Лыков A.B. Явление переноса в капиллярно-пористых телах. М., Гостехиздат, 1954, 296с.

128. Мазин И.П., Шметер С.М. Облака. Строение и физика образования. Л., Гидрометеоиздат, 1983,280с.

129. Манк В.В., Лебовка Н.И. Взаимодействие воды с гидрофильной поверхностью по данным ЯМР // Вода в дисперсных системах. М., Химия, 1989, 229-242.

130. Мартынов Г.А. Тепло- и влагопередача в промерзающих и протаивающих грунтах // Основы геокриологии (мерзлотоведения). 4.1. М., изд-во Академии наук СССР, 1959, 153-192.

131. Маэно Н. Наука о льде. М., Мир, 1988, 230с.

132. Медведский Р.И. Влияние давления водной фазы на процессы промерзания и протаивания поровой влаги в крупнодисперсных средах. 1986, 50, 5, 780-786.

133. Медведский Р.И. Замерзание воды в вертикальных каналах, образованных в слое мерзлого грунта//Инженерно физический журнал. 1987, 53, 2, 290-296.

134. Медведский Р.И. Управление криогенными процессами с целью обеспечения качественного сооружения и надежной эксплуатации скважин в районах крайнего Севера. Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. д.т.н., Тюмень, 1989, 54с.

135. Меламед В.Г., Медведев A.B. Расчет динамики температурного и влажностного полей и величины пучения во влажных тонкодисперсных грунтах при промерзании сезонноталого слоя // Мерзлотные исследования. Вып. 12. М., изд-во Московского университета, 1972, 918.

136. Меламед В.Г., Медведев A.B. Автомодельное решение задачи о промерзании тонкодисперсных пород с учетом пучения и льдообразования на поверхности грунта // Мерзлотные исследования. Вып. 13. М., изд-во Московского университета, 1973, 116-134.

137. Мельников В. П. Криосфера Земли как объект криологии. // Криосфера Земли. 1997, 1,1, 513.

138. Мельников В.П., Горелик Я.Б., Колунин B.C. Способ получения пресной воды. Патент РФ №2133798, 1999.

139. Мельников В.П., Спесивцев В.И. Криогенные образования в литосфере Земли. Новосибирск, НИЦ ОИГГМ СО РАН, 2000, 346с.

140. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М., Энергия, 1978, 380с.

141. Мюнстер А. Химическая термодинамика. М., Мир, 1971, 296с.

142. Намиот А.Ю., Городецкая JI.E. Растворимость газов во льду // Доклады АН СССР. 1970, 190, 3, 604-606.

143. Неймарк A.B. К теории адсорбции и капиллярной конденсации в пористых телах корпускулярной структуры. Адсорбция и капиллярная конденсация у мест контакта частиц // Коллоидный ж. 1985, 47, 3, 531-538.

144. Некрасов И.Н. Вечная мерзлота Якутии. Якутск, Якутское книжное издательство, 1984, 120с.

145. НерпинС.В., ЧудновскийА.Ф. Физика почвы.М., Наука,1967,583с.

146. Нерсесова З.А. Фазовый состав воды в грунтах при замерзании и оттаивании // Материалы по лабораторным исследованиям мёрзлых грунтов. Сб.1. М., изд-во Академии наук СССР, 1953,37-51.

147. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. 4.1. М., Наука, 1987, 464с.

148. Никифоров К.О. О некоторых динамических процессах в почвах в области распространения вечной мерзлоты // Почвоведение. 1912, 2, 49-74.

149. Новацкий В. Теория упругости. М., Мир, 1975, 872с.

150. Общее мерзлотоведение. М., изд-во Московского университета, 1978, 464 с.

151. Орлов В.О. Криогенное пучение тонкодисперсных грунтов. М., изд-во Академии наук СССР, 1962, 188с.

152. Основы геокриологии. 4.1. Физико-химические основы геокриологии. М., изд-во Московского университета, 1995, 366с.

153. Основы геокриологии. 4.2. Литогенетическая геокриология. М., изд-во Московского университета, 1996, 399с.

154. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М., к

155. Энергоатомиздат, 1984, 152с.

156. Патерсон У. Физика ледников. М., Мир, 1972, 312с.

157. Паундер Э. Физика льда. М., Мир, 1967, 190с.

158. Петров Ю.И. Кластеры и малые частицы. М., Наука, 1986, 368с.

159. Пешель Г., Белоушек П. Влияние электролитов на структуру воды вблизи поверхностей плавленного кварца // Поверхностные силы в тонких пленках. М., Наука, 1979, 51-61.

160. Покровский Г.И., Синелыциков С.И. Об определении льдосодержания грунтов // ЖТФ. 1937, 7, 16, 1665-1668.

161. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. М., Наука, 1977, 664с.

162. Попов А.И., Розенбаум Г.Э., Тумель Н.В. Криолитология. М., изд-во Московского университета, 1985, 240 с.

163. Порхаев В.Г. Тепловое взаимодействие зданий и сооружений с мерзлыми грунтами. М., Наука, 1970, 208с.

164. Порхаев Г.В., Фельдман Г.М., Федорович Д.И., и др. Теплофизика промерзающих и протаивающих грунтов. М., Наука, 1964, 129с.

165. Прасолов Л.И. О вечной мерзлоте в степной полосе Забайкалья // Почвоведение, 1911, №4.

166. Пригожин И., Дефэй Р. Химическая термодинамика. Новосибирск, 1966, 504с.

167. Пузаков H.A. Предохранение дорожного полотна от грунтовых вод // Сб. Союздорнии. Регулирование водного режима дорожных оснований. М., Дориздат, 1946, 86-128.

168. Пузаков H.A. Водно-тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог. М., Научно-техн. изд. министерства автомобильного транспорта и шоссейных дорог РСФСР, 1960, 168с.

169. ПчелинцевА.М. Строение и физико-механические свойства мерзлых пород. М., Наука, 1964, 260с.

170. Редозубов Д.В. Геотермический метод исследования толщ мерзлых пород. М., Наука. 1966. 156с.

171. Роде A.A. Основы учения о почвенной влаге. Т.1. Л., Гидрометеоиздат, 1965, 664с.

172. Романовский H.H. Подземные воды криолитозоны. М., изд-во Московского университета, 1983,232с.

173. Романовский H.H. Основы криогенеза литосферы. М., изд-во Московского университета, 1993, 336с.

174. Румер Ю.Б., Рыбкин М.Ш. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. М., Наука, 1977, 552с.

175. Русанов А.И. 100 лет теории капиллярности Гиббса // Современная теория капиллярности. Л., Химия, 1980, 12-37.

176. Савельев Б.А. Физико-химическая механика мерзлых пород. М., Недра, 1989, 216с.

177. Седунов Ю.С. Физика образования жидкокапельной фазы в атмосфере. Л., Гидрометеоиздат, 1972. 206с.

178. Сергеев Е.М., Голодковская Г.А., Зиангиров P.C., Осипов В.И., Трофимов В.Т. Грунтоведение. М., изд-во Московского университета, 1971, 596с.

179. Скрипов В.П., Коверда В.П. Спонтанная кристаллизация переохлаждённых жидкостей. М., Наука, 1984, 232с.

180. Слёзкин H.A. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. М., изд-во Техн.-теор. лит, 1955, 520с.

181. Сморыгин Г.И. Теория и методы получения искусственного льда. Новосибирск, Наука, 1988, 178с.

182. СНиП II-18-76. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М., Стройиздат, 1977, 48с.

183. Соколовский В.В. Теория пластичности. М., Высшая школа, 1969, 608с.

184. Соломатин В.И. Петрогенез подземных льдов. Новосибирск, Наука, 1986, 216с.

185. Стрикленд-Констэбл Р.Ф. Кинетика и механизм кристаллизации. JL, Недра, 1971, 312с.

186. Сукачев В. Н. К вопросу о влиянии мерзлоты на почву // Известия АН. 1911, Сер.6, 5, 1, 5160.

187. Сумгин М.И. Вечная мерзлота почвы в пределах СССР. М., изд-во Академии наук СССР, 1937.

188. Сумгин М.И., Качурин С.П., Толстихин Н.И., Тумель В.Ф. Общее мерзлотоведение. М., изд-во Академии наук СССР, 1940.

189. Теплофизика промерзающих и протаивающих грунтов. М., Наука, 1964, 198с.

190. Теплофизические исследования криолитозоны Сибири. Новосибирск, Наука, 1983, 206с.

191. Терцаги К. Теория механики грунтов. М., Госстройиздат, 1961, 508с.

192. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. М., Наука, 1972, 736с.

193. Трофимов В.Т., Баду Ю.Б., Дубиков Г.И. Криогенное строение и льдистость многолетнемерзлых пород Западно-Сибирской плиты. М., изд-во Московского университета, 1980, 246с.

194. Тютюнов И.А., Нерсесова З.А. Природа миграции воды в грунтах при промерзании и основы физико-химических приемов борьбы с пучением. М., изд-во Академии наук СССР, 1963, 159с.

195. Уотерхауз Р.В. Воздухопроницаемость снега в зонах аккумуляции полярных районов // Лед и снег. М„ Мир, 1966, 424-435.

196. Фазовый состав влаги в мёрзлых породах. Под. ред. Э.Д. Ершова. М., изд-во Московского университета, 1979, 192с.

197. Фельдман Г.М. Миграция влаги в грунтах при промерзании // Теплофизика промерзающих и протаивающих грунтов. М., Наука, 1964, 9-46.

198. Фельдман Г.М. Расчет миграции влаги и определение слоистой текстуры при промерзании // ИФЖ. 1967, 13,812-820.

199. Фельдман Г.М. Методы расчета температурного режима мерзлых грунтов. М., Наука, 1973, 256с.

200. Фольмер М. Кинетика образования новой фазы. М., Наука, 1986, 208с.

201. Френкель Я.И. Собрание избранных трудов. Т. 3. Кинетическая теория жидкостей. M.-J1., изд-во Академии наук СССР, 1959, 460с.

202. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства криогенных пород. М., Недра, 1976, 254с.

203. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пугцино, ОНТИ ПНЦ РАН, 1998, 516с.

204. Хаазе Р. Термодинамика необратимых процессов. М., Мир, 1967, 544с.

205. Хаин В.Я. Расчет промерзания грунта с учетом миграции влаги в талой и мерзлой зонах // Тр. Днепропетровского ин-та инженеров ж.-д. транспорта. Вопросы геотехники. Вып.15. Днепропетровск. 1969, 81-88.

206. Хакимов Х.Р. Вопросы теории и практики искусственного замораживания грунтов. М., изд-во Академии наук СССР, 1957, 191с.

207. Хаппель Дж., Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса. М., Мир, 1976, 630с.

208. Хейфец Л.И., Неймарк A.B. Многофазные процессы в пористых средах. М., Химия, 1982, 320с.

209. Холломон Д.Н., Тарнбалл Д. Образование зародышей при фазовых превращениях // Успехи физики металлов. T.l. М., Государственное научно-техническое издательство литературы по чёрной и цветной металлургии, 1956, 304-367.

210. Хргиан А.Х. Физика атмосферы. М., изд-во Московского университета, 1986, 327с.

211. Цуриков В.Л. Жидкая фаза в морских льдах. М., Наука, 1976, 210с.

212. Цытович H.A. Механика мерзлых грунтов. М., Высшая школа, 1973, 446с.

213. Чалмерс Б. Теория затвердевания. М., Металлургия, 1968, 288с.

214. Чаповский Е.Г. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов. М., Недра, 304с.

215. Чистотинов Л.В. Миграция влаги в промерзающих неводонасыщенных грунтах. М., Наука, 1973, 144с.

216. Чураев Н.В. Физико-химия процессов массопереноса в пористых телах. М., Химия, 1990, 272с.

217. Чураев Н.В., Горелик Я.Б., Шуклина Э.В. Способ определения количества незамёрзшей воды в мёрзлых грунтах. Авт. свид. №998929. Заявка №3272764/18-25. 14 апреля 1981г.

218. Штукенберг В.И. О борьбе с пучинами на железных дорогах // Журнал министерства путей сообщения. 1894, Кн.2, 141-151.

219. Шумский П.А. Основы структурного ледоведения. М., изд-во Академии наук СССР, 1955, 492с.

220. Шумский П.А., Красс М.С. Динамика и тепловой режим ледников. М., Наука, 1983, 88с.

221. Яковлев С.Я. Об одном типе дислокации болот // Почвоведение, 1911, №1.

222. Anderson D.M., Hoekstra P. Migration of interlamellar water during freezing and thawing of

223. Beaglehole D., Nason D. Transition layer on the surface on ice // Surface Sci. 1980, 96, 1-3, 357363.

224. Exp. St. Techn. Bull. 1916, 31, 5 lp. Bresler E., Russo D., Miller R.D. Rapid estimate of unsaturated hydraulic conductivity function //

225. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 1978, 42, 170-172. Buckingham E. Studies on movement of soil moisture // U.S. Dep. Agric. Bur. of Soils.

226. Washington. 1907, Bull.38. Carlson J.H., Outcalt S. A coupled soil thermal regime surface energy budget simulator // Proc.

227. Conf. Soil Water Problems Cold Regions. Calgary. Alt. 1975, 1-32. Drake L.D., Shreve R.L. Pressure melting and regelation of ice by round wires // Proceedings of Royal Society. London, 1973, A332, 51-83.

228. Drost-Hansen W., Etzler F.M. Melting of ice in silica pores // Langmuir. 1989, 5, 6, 1439-1441.

229. Everett D.H. The thermodynamics of frost damage to porous solids // Trans. Faraday Soc. 1961, 57, 9, 1541-1551.

230. Fisher J.C. Hollomon J.H., Turnbull D. Rate of nucleation of solid particles in a subcooled liquid // Science. 1949, 109, 168-169.

231. Fletcher N.H. Surface structure of water and ice. // Phil. Mag. 1962, 7, 74, 255-269.

232. Fletcher N.H. Surface structure of water and ice. II. A revised model // Phil. Mag. 1968, 18, 12871300.

233. Frank F.C. Regelation: a supplementary note // Phil. Mag. 1967, 16, 8, 1267-1274.

234. Fukuda M., Jinsheng Z. Hydraulic conductivity measurements of partially frozen soil by needle probe methods.// Proc. Int. Symp. Frost in Geotechnical Engineering, V.l, 1994,251-266.

235. FukutaN. An origin of the equilibrium liquid-like layer of ice // J. Phys. 1987, CI, s.3, 48, 503-509.

236. Furukawa Y., Nada Y. Anisotropic surface melting of an ice crystal and its relationship to growth form // J. Phys. Chem. B. 1997, 101, 32, 6167-6170.

237. Furukawa Y., Yamamoto M., Kuroda T. Ellipsometric study of the transition layer the surface of an ice crystal // J. Crystal Growth. 1987, 82, 665-677.

238. Gilpin R.R. A model of the "liquid-like" layer between ice and a substrate with application to wire regelation and particle migration // J. Colloid Interface Sci. 1979, 68, 2, 235-251.

239. Gilpin R.R. A model for the prediction of ice lensing and frost heave in soils // Water Resour. Res. 1980, 16, 5,918-930.

240. Gorelik J. B. Prognosis methods of interaction of engineering constructions with permafrost. // Proc. Int. Symp. Cold Regions Engineering, Harbin, China, 1996, 1 -3.

241. Gorelik Y., Kolunin V. Mechanism of layer structures growing during ground freezing // Permafrost. Proc. 6th Int. Conf., Beijing, China, July 5-9, 1993. V.l. South China University of Technology Press, 1993, 879-884

242. Gorelik J.B., Kolunin V.S. Calculation of freezing soil's textures with consideration of compressibility unfrozen zone // Proc. 5th Int. Symp. Thermal Eng. and Sci. for Cold Regions, Ottawa, Canada, 19-22 May 1996. Nat. Res. Coun. Canada. 1996, 426-431.

243. Gorelik J.B., Kolunin V.S. Generalized model of heat and mass transfer for freezing and thawing soils under load // Ground freezing. Frost action in soils. Proc. 9th Int. Symp., Louvain-la-Neue, Belgium, 11-13 September 2000. Balkema, 2000, 37-43.

244. Gorelik J. B., Kolunin V. S., Pichugin O. N. Comparative analysis of rigid ice models. // Transactions of Tyumen Institute of mechanics multiphase systems SB RAS, Tyumen, 1997, 2631.

245. Gorelik J.B., Kolunin V.S., Reshetnikov A. K. Applied aspects of the rigid-ice model // Proc. Int. Symp. on Ground Freezing and Frost Action in Soils, Lulea, Sweden, 15-17 April 1997. Balkema, Rotterdam, 1997, 93-99.

246. Gorelik J.B., Kolunin V.S., Reshetnikov A.K. Barothermic effect and temperature regime of frozen soil // Advances in cold-region thermal engineering and sciences. Proc. 6th Int. Symp., Darmstadt, Germany, 22-25 August 1999. Springer, 1999, 465-474.

247. Guymon G.L., Hromadka T.V., Berg R.L. A one dimensional frost heave model based on simulation of simultaneous heat and water flux // Cold Reg. Sci. Technol. 1980, 3, 253-262.

248. Guymon G.L., Luthin J.N. A coupled heat and moisture transport model for arctic soils // Water Resour. Res. 1974, 10, 5, 995-1001.

249. Handa Y. P., Zakrezewski M., Fairbrige C. Effect of restricted geometries on the structure and thermodynamic properties of ice // J. Phys Chem. 1992, 96, 21, 8594-8599.

250. Hardy S.C. A grain boundary groove measurement of the surface tension between ice and water // Phil. Mag. 1977, 35, 2, 471-484.

251. Harlan R.L. Analisys of coupled heat-fluid transport in partially frozen soil // Water Resour. Res. 1973,9,5, 1314-1323.

252. Harrison J.D. Measurement of brine droplet migration in ice // J. Appl. Phys. 1965, 36, 12, 38113815.

253. Henderson S.J., Speedy R.J. Temperature of maximum density in water at negative pressure // J. Phys. Chem. 1987a, 91, 3062-3068.

254. Henderson S.J., Speedy R.J. Melting temperature of ice at positive and negative pressure // J. Phys. Chem. 19876,91,3069-3072.

255. Hoekstra P., Osterkamp T.E., Weeks W.F. The migration of liquid inclusions in single ice crystals // J. Geophys. Res. 1965, 70, 20, 5035-5041.

256. Holden, J.T., Piper, D. and Jones, R.H. Some developments of a rigid-ice model of frost heave // Ground Freezing. Proc. 4th Int. Symp., 5-7 August 1985, Sapporo, Japan. Balkema, Rotterdam, 1985,93-99.

257. Hopke S.W. A model for frost heave including overburden // Cold Reg. Sci. Technol. 1980, 3, 111127.

258. Horiguchi K., Miller R.D. Experimental studies with frozen soil in an "ice-sandwich" permeameter //ColdReg. Sci. Technol. 1980, 3, 177-183.

259. Horiguchi K., Miller R.D. Hydraulic Conductivity Functions of Frozen Materials // Permafrost. Proc. 4lh Int. Conf., Fairbanks, Alaska, July 17-22 1983. National Academy Press, Washington, D.C., 1983, 504-508

260. Horn R.G., Clarke D.R., Clarkson M.T. Direct measurement of surface forces between sapphire crystals in aqueous solutions // J. Mater. Res. 1988, 3, 3, 413-416.

261. Jame Y.W., Norum D.I. Heat and mass transfer in freezing unsaturated soil in closed system // Proc. 2nd Conf. Soil Water Problems Cold Regions. Edmonton. 1976.

262. Jame Y.W., Norum D.I. Heat and mass transfer in a freezing unsaturated porous medium // Water Resour. Res. 1980, 16, 4, 811-819.

263. Jellinek H.H. Liquid-like (transition) layer on ice // J. Colloid Interface Sci. 1967, 25, 2, 192-205.

264. Jones D.R.H. Determination of the kinetics of ice-brine interfaces from the shapes of migrating droplets // J. Cryst. Growth. 1974, 26,177-179.

265. Jones D.R.H. The measurement of solid-liquid interfacial energies from the shapes of grain-boundary grooves // Phil. Mag. 1973a, 27, 569-584.

266. Jones D.R.H. The temperature-gradient migration of liquid droplets through ice// J. Cryst. Growth. 19736, 20, 145-151.

267. Kamb W.B., LaChapelle E.R. Direct observation of the mechanism of glacier sliding over bedrock // J. Glaciol. 1964,5, 159-179.

268. Kay B.D., Sheppard M.I., Loch J.P.G. A preliminary comparison of simulated and observed water redistribution in soils freezing under laboratory and field conditions // Proc. Int. Symp. on Frost Action in Soils. Lulea. Sweden. 1977, 29-40.

269. Ketcham W.M., Hobbs P.V. An experimental determination on the surface energies of ice // Phil. Mag. 1969, 19, 1161-1173.

270. Kinosita S. Soil water movement and heat flux in freezing ground // Proc. 1st Conf. Soil Water Problems Cold Regions. Calgary. Alta. 1975, 33-41.

271. Konrad J.-M. Theoretical modelling of massive ice beds // Permafrost-Canada. Proc. 5th Canadian Permafrost Conf. Nat. Res. Coun. Canada. Universite Laval, 1990, 31-35.

272. Konrad J.-M., Morgenstern N.R. Effects of applied pressure on freezing soils // Can. Geotech. J. 1982, 19, 4, 494-505.

273. Koopmans R.W.R. and Miller R.D. Soil freezing and soil water characteristic curves // Soil Sci.

274. Alberta, Canada, 10-13 July 1978. V.l. Ottawa: Nat. Res. Coun. Canada. 1978, 708-713. Miller R.D., Koslow E.E. Computation of rate of heave versus load under quasi-steady state // Cold

275. Nakano Y. Quasi-steady problems in freezing soils: I. Analysis on the steady growth of an ice layer

276. Nye J.F. The distribution of stress and velocity in glaciers and ice sheets 11 Proc. Roy. Soc. London. 1957, 239A, 113-133.

277. Nye J.F. Theory of regelation//Phil. Mag. 1967, 16, 8, 1249-1266.

278. Nye J.F. The rotting of temperate ice // J. Cryst. Growth. 1991, 113, 3-4, 465-476.

279. O'Neill K. The physics of mathematical frost heave models: a review // Cold Reg. Sci. Technol. 1983,6, 275-291.

280. O'Neill K., Miller R.D. Exploration of a rigid ice model of frost heave // Water Resour. Res. 1985, 21, 3, 281-296.

281. Ocampo J., Klinger J. Adsorption of N2 and C02 on ice // J. Colloid Interface Sci. 1982, 86, 2, 377383.

282. Ohrai T., Yamamoto H. Growth and Migration of Ice Lenses in Partially Frozen Soil // Ground Freezing. Proc. 4th Int. Symp. at Sapporo, Japan, August 5-7 1985. V.l. Balkema, Rotterdam, Boston, 1985, 79-84

283. Ozawa M. and Kinosita S. Segregated ice growth on microporous filter // J. Colloid Interface Sci. 1989, 132, 1, 113-124.

284. Palmer A.C. Ice lensing, thermal diffusion and water migration in freezing soil // J. Glaciol. 1967, 6, 6, 681-694.

285. Paren J.G., Walker J.C.E. Influence of limited solubility on the electrical and mechanical properties of ice // Nature. Phys. Sci. 1971, 230, 12, 77-79.

286. Pashley R.M. Hydration forces between mica surfaces in aqueous electrolyte solution // J. Colloid Interface Sci. 1981a, 80,1, 153-162.

287. Pashley R.M. DLVO and hydration forces between mica surfaces in Li+, Na+, K+ and Cs+ electrolyte solutions: a correlation of double-layer and hydration forces with surface cation exchange properties // J. Colloid Interface Sci. 19816, 83, 2, 531-546.

288. Penner E. Pressures developed during the unidirectional freezing of water-saturated materials // Proc. Int. Conf. Low Temp. Sci. V.l. Physics of Snow and Ice. P.2. Sapporo. Japan. 1966, 14011412.

289. Perfect E., Williams P.J. Thermally induced water migration in frozen soil // Cold Reg. Sci. Technol. 1980,3, 101-109.

290. Puri B.R., Sharma L.R., Lakhanpal M.L. Freezing point of water held in porous bodies at different vapor pressures // J. Phys. Chem. 1954, 58,4, 280-292.

291. Radd F.J., Oertle D.H. Experimental pressure studies of frost heave mechanisms and the growth-fusion behavior of ice // Permafrost. Proc. 2nd Int. Conf. at Yakutsk, USSR, July 13-28 1973. Washington, D.C., National Academy of Sciences, 1973, 377-384.

292. Roedder E. // Science, 1967, 155, 1413

293. Römkens M.J.M., Miller R.D. Migration of mineral particles in ice with a temperature gradient // J.

294. Colloid Interface Sei. 1973, 42, 1, 103-111. Rosenthal G. Über das Gefrierverhalten von Wasser in Ziegeln // Ber. Dtsch. Keram. Ges. 1962, 39, 5, 304-309.

295. Proc. 2nd Conf. Soil Water Problems Cold Regions. Edmonton. Alt. 1976, 155-172. Taylor G.S., Luthin J.N. A model for coupled heat and moisture transfer during soil freezing // Can.

296. Williams P.J., Burt T.P. Measurement of hydraulic conductivity of frozen soils // Can. Geotech. J. 1974, 11,4, 647-650.

297. Yoshioka H. Phase transition of the water confined in porous glass studied by the spin-probe method//J. Chem. Soc. Faraday Trans. Pt.l. 1988, 84, 12, 4509-4519.