Метод геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах, основанный на совместном применении механических испытаний и акустического неразрушающего контроля тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Шихов Александр Игоревич

• Шихов Александр Игоревич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Шихов Александр Игоревич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ КРИОЛИТОЗОНЫ РФ И МЕТОДОВ ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ

1.1 Современное представление о вечномерзлых грунтах

1.2 Анализ современного состояния вечномерзлых грунтов и их реакции на изменение температурного режима

1.3 Анализ процесса оттаивания-промерзания вечномерзлых грунтов

1.4 Типы фундаментов и принципы использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований

1.5 Анализ применяемых методов геотехнического мониторинга оснований сооружений

1.6 Опыт применения сейсмоакустических методов для изучения физико-механических свойств грунтов

1.7 Выводы по Главе

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

2.1 Деформационные характеристики грунтов и методы их определения

2.1.1 Упругие характеристики грунтов

2.1.2 Упругопластические характеристики грунтов

ГРУНТОВ

3.1 Принципы подготовки модельных образцов мерзлых грунтов

3.2 Методики проведения экспериментальных исследований модельных образцов мерзлого грунта

3.2.1 Методика исследования акустических характеристик модельных образцов мерзлых грунтов

3.2.2 Методика исследования характера изменения корреляционной зависимости модуля общей деформации грунтов от динамического модуля упругости

3.2.3 Методика исследования взаимосвязи скорости распространения продольной ультразвуковой волны и сопротивления грунта сдвигу по боковой поверхности смерзания

3.3 Результаты проведенных исследований

3.4 Выводы по Главе

ГЛАВА 4 СИСТЕМА ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ И ЕЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

4.1 Разработка системы геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах

4.2 Разработка проекта метрологического обеспечения системы геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах

4.3 Выводы по Главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Журнал результатов проведенного геотехнического мониторинга

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Блок схема программы для обработки результатов проведенного геотехнического мониторинга

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Значительная часть территории Российской Федерации расположена в зоне распространения вечномерзлых грунтов. Здания и сооружения, возведенные по принципу I, то есть с сохранением мерзлого состояния грунтов, как на этапе строительства, так и на этапе эксплуатации сооружения чувствительны к изменению температурного режима основания. Результаты проведенных мониторинговых наблюдений за температурой атмосферного воздуха и температурой грунтов в криолитозоне РФ показывают, что тренды повышения температуры имеют устойчивый рост. Изменение климата оказывают значительное влияние на эксплуатационные свойства вечномерзлых оснований сооружений, однако мнение об их преимущественном влиянии на участившиеся аварийные ситуации представляется неоднозначным.

В сложившейся ситуации определяющую роль в обеспечении безаварийной эксплуатации зданий и сооружений выполняет геотехнический мониторинг. Проведение геотехнического мониторинга оснований зданий и сооружений, расположенных в зоне распространения вечномерзлых грунтов, является обязательным и регламентируется нормативными документами. В настоящее время существует значительное количество методов и средств геотехнического мониторинга, позволяющих в непрерывном режиме получать данные о состоянии оснований зданий и сооружений, однако количество аварийных ситуаций, связанных с оттаиванием вечномерзлых грунтов, за последние годы существенно увеличилось. Основными методами геотехнического мониторинга являются температурный и геодезический. Но ни один из них не позволяет непосредственно контролировать изменение деформационных характеристик вечномерзлых грунтов, несмотря на то, что данные характеристики грунтов являются основными при проектировании оснований сооружений. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что обоснование и разработка метода

геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах является актуальным направлением науки и практики.

Степень разработанности темы исследования

В работах А.В. Брушкова, А.А. Васильева, В.Н. Конищева, А.А. Израэля,

A.И. Бедрицкого, Г.В. Груза, О.А. Анисимова, Н.Г. Обермана рассматриваются изменение климата и реакция криолитозоны на потепление. Изучению деформационных характеристик грунтов посвящены труды С.С. Вялова, М.Н. Гольдштейна, И.М. Горькова, Р.С. Зиангирова, В.А. Королева, Л.И. Кульчицкого, Н.Н. Маслова, С.Р. Месчан, Н.В. Орнатского, В.И. Осипова, И.В. Попова, Н.П. Пузыревского, Н.А. Цытовича, Е.А. Вознесенского. Методы проведения геотехнического мониторинга подробно описаны в работах Д.В. Буркова, С.Н. Стрижкова, Н.А. Макарского, Сахарова И.И., А.В. Дроздова, В.В. Неклюдова, Д.С. Паздерина, Э.Д. Ершова, Б.Н. Достовалова. Применению методов акустического вида неразрушающего контроля для изучения грунтов посвящены работы: Н.Н. Горяйнова, Ф.М. Ляховицкого, А.И. Потапова, И.В. Павлова, И.И. Сахарова, В.Н. Никитина, А.И. Савича, З.Г. Ященко, М.Л. Владова, В.С. Зинченко, В.В. Ильченко,

B.И. Бондарева, Т.Б. Соколовой, А.А. Булычева, И.В. Лыгина. Работы В.Н. Никитина, А.И. Савича, В.В. Калинина, М.Л. Владова, В.Е. Василевского, И.Г. Минделя посвящены установлению зависимости между модулем общей деформации и динамическим модулем упругости скальных пород и глинистых грунтов. В работах представленных авторов не рассматривается возможность проведения геотехнического мониторинга вечномерзлых грунтов с применением активной группы акустических методов контроля.

В настоящее время имеются разнообразные конфигурации оборудования и методики геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах. Несмотря на наличие большого количества работ по данной тематике, проблема геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах, в данный момент не решена. Поэтому обоснование и разработка метода геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах

является важной научно-технической задачей, особенно в условиях деградации криолитозоны и сокращения территорий с пригодными для ее существования условиями.

Цель и задачи

Обоснование и разработка метода геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах, основанного на временном методе акустического вида неразрушающего контроля, позволяющего непосредственно контролировать изменение деформационных и прочностных характеристик оснований сооружений.

Для реализации поставленной цели в диссертации были решены следующие задачи:

1. Анализ опубликованных работ, посвященных проведению геотехнического мониторинга и применению акустического вида неразрушающего контроля для изучения деформационных характеристик грунтов.

2. Теоретическое обоснование метода геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах.

3. Разработка методик проведения экспериментальных исследований.

4. Разработка методик подготовки модельных образцов мерзлых дисперсных грунтов нарушенного сложения.

5. Исследование акустических характеристик модельных образцов мерзлых дисперсных грунтов при оттаивании временным методом акустического контроля.

6. Исследование взаимосвязи акустических, деформационных и прочностных характеристик грунтов на модельных образцах мерзлых дисперсных грунтов при оттаивании.

7. Разработка системы геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах.

8. Разработка метрологического обеспечения системы геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах, основанный на совместном применении механических испытаний и акустического неразрушающего контроля»

Идея работы

Получение данных о деформационных и прочностных характеристиках оснований сооружений на вечномерзлых грунтах временным методом акустического вида неразрушающего контроля и переход от упругих характеристик к упругопластическим характеристикам грунтов по установленной корреляционной зависимости между динамическим модулем упругости и модулем общей деформации грунтов.

Научная новизна

1. Разработана цифровая модель, основанная на деформационной теории пластичности, позволяющая оценить состояние основания сооружения по второй группе предельных состояний по результатам контроля акустических характеристик грунтов.

2. Получены и теоретически обоснованы экспериментальные зависимости соотношения динамического модуля упругости и модуля общей деформации грунтов, определяемого по результатам испытаний грунтов методом одноосного сжатия.

3. Разработан проект метрологического обеспечения системы геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Обоснована и разработана система геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах, основанная на совместном применении временного метода акустического вида неразрушающего контроля и метода испытаний грунтов радиальным прессиометром, позволяющая определять модуль общей деформации грунтов по результатам продольно-поперечного акустического прозвучивания на всем этапе эксплуатации сооружения и с учетом напряженно-деформируемого состояния основания оценивать основание по второй группе предельных состояний.

2. Разработан проект методики геотехнического мониторинга оснований сооружений на вечномерзлых грунтах.

3. Разработан проект методики создания стандартных образцов мерзлого песка, для которых получены значения скорости распространения продольной волны и модуля общей деформации.

Методология и методы исследований

Определение физических свойств модельных грунтов проводилось с помощью лабораторных методов, широко используемых в инженерной геологии. Исследование акустических характеристик модельных образцов мерзлых грунтов при оттаивании проводилось с помощью ультразвукового прибора Пульсар-2.2. Изучение взаимосвязи акустических характеристик с деформационными и прочностными характеристиками грунтов проводилось в условиях одноосного сжатия на электромеханической универсальной испытательной машине Insight 200. Все исследования проводились на базе Санкт-Петербургского горного университета.

Положения, выносимые на защиту:

1. Полученные зависимости и разработанные модели, связывающие скорость распространения продольных упругих колебаний и физико-механические параметры грунтов, позволяют оценить момент перехода вечномерзлого грунта из твердомерзлого в пластичномерзлое состояние.

2. Использование установленной корреляционной зависимости между динамическим модулем упругости и модулем общей деформации грунтов, и разработанной цифровой модели, основанной на деформационной теории пластичности, позволяет выполнить оценку основания сооружения по второй группе предельных состояний.

Степень достоверности результатов исследования

• Защищаемые положения, выводы и рекомендации, разработанные в диссертации, соответствуют классическим положениям

приборостроения, механики грунтов и основам математического моделирования.

• Лабораторные исследования проведены в достаточном объеме.

• При выполнении лабораторных исследований использовалось современное, поверенное оборудование, которое обеспечивало высокую точность полученных результатов.

Апробация результатов

Основные положения, результаты работы в целом и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: XI Международной научной конференции «Наука России: цели и задачи» (Екатеринбург, 2018), V Международной научно-практической конференции «Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: ШЭМЕ 2018» (Санкт-Петербург, 2018), XIV Международной научной конференции «Наука России: цели и задачи» (Екатеринбург, 2019), VII Международной научно-практической конференции «Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: ГРЭМЕ 2020» (Санкт-Петербург, 2020), XXXII Уральской конференции с международным участием «Физические методы неразрушающего контроля (Янусовские чтения)» (Екатеринбург, 2020).

Личный вклад автора

Работа является результатом проведенных исследований в период обучения автора в очной аспирантуре на кафедре метрологии, приборостроения и управления качеством механико-машиностроительного факультета Санкт-Петербургского горного университета. Автором были подготовлены модельные образцы мерзлого песка, для каждого образца были определенны физические свойства, акустические и деформационные характеристики в твердомерзлом и пластичномерзлом состоянии. В условиях одноосного сжатия проведены

ультразвуковые исследования. Предложена цифровая модель для расчета результатов проведения геотехнического мониторинга.

Публикации

Результаты диссертационной работы в достаточной степени освещены в 7 печатных работах, в том числе в 3 статьях - в изданиях из перечня рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук (далее -Перечень ВАК), в 4 статьях - в изданиях, входящих в международную базу данных и систему цитирования Scopus. Получен 1 патент.

Структура диссертации

Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав с выводами по каждой из них, заключения, списка литературы, включающего 126 наименований, и двух приложений. Диссертация изложена на 175 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок и 8 таблиц.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность и искреннюю признательность доктору технических наук, профессору Анатолию Ивановичу Потапову за помощь в подготовке и проведении научных исследований.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ КРИОЛИТОЗОНЫ РФ И МЕТОДОВ ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОСНОВАНИЙ

СООРУЖЕНИЙ

1.1 Современное представление о вечномерзлых грунтах

Одним из первых ученых, который выделил изучение криолитозоны как отдельную науку, был М.И. Сумгин [59]. Сумгин определял науку о криолитозоне как учение о вечной мерзлоте. Определение «мерзлота» понималось как расширенный термин, который включал в себя такие понятия как: мерзлое состояние горных пород, мерзлые горные породы, область и зона распространения мерзлых пород, процессы развития мерзлых пород. Термин «криолитозона» впервые был предложен П.Ф. Швецовым.

Криолитозона - часть криосферы, самый верхний слой земной коры, характеризующийся отрицательной температурой почв, на промежутке времени (не менее суток) и наличием или возможностью существования подземных льдов [59,68,83]. Как следует из определения в криосферу входят грунты и горные породы с отрицательной температурой.

Грунты и горные породы с отрицательной температурой в зависимости от агрегатного состояния воды в них могут быть [40]:

1. Морозными - породы отрицательной температуры, но не содержащие льда и воды.

2. Охлажденными (криопэги) - породы отрицательной температуры, содержащие соленые или рассольные воды с отрицательной температурой.

3. Мерзлыми - породы отрицательной температуры, в которых хотя бы часть воды перешла в кристаллическое состояние.

Породы и грунты, входящие в криолитозону классифицируются также по времени их существования, но в различных работах [42,59,102,114] авторы по-разному описывают данную классификацию. В работах [42,59] авторы классифицируют породы по трем группам:

1. Многолетнемерзлые - породы, сохраняющие мерзлое состояние годы и сотни тысяч лет;

2. Сезонномерзлые - породы, сохраняющие мерзлое состояние в течение месяцев;

3. Кратковременно мерзлые - породы, сохраняющие мерзлое состояние в течение суток;

В работе [114], кроме вышеописанных пород, автор, выделяет также вечномерзлые породы, сохраняющие мерзлое состояние более века. В нормативных документах, принятых в нашей стране [102], выделяется три группы мерзлых пород: вечномерзлые (сохранение мерзлого состояния на протяжении трех и более лет), перелетки (сохранение мерзлого состояния от года до трех лет) и сезонномерзлые (сохранение мерзлого состояния на протяжении не более одного холодного сезона).

Важным показателем криолитозоны является доля занимаемой площади в данной местности, то есть соотношение участков талых и мерзлых пород в пределах данной территории. Согласно [66], участки криолитозоны делятся на четыре зоны распространения вечномерзлых пород, в зависимости от соотношения количества талых к количеству мерзлых пород, следующим образом:

1. Островное - вечномерзлые породы занимают до 10% территории;

2. Спорадическое - вечномерзлые породы занимают от 10% до 50% территории;

3. Прерывистое - вечномерзлые породы занимают от 50% до 90% территории;

4. Сплошное - вечномерзлые породы занимают от 90% до 100% территории;

Условные границы между зонами распространения вечномерзлых пород в северном полушарии приведены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Распространение вечномерзлых пород в северном полушарии [87].

Главным фактором существования криолитозоны является температурный режим. Температурный режим криолитозоны выводится из балансовых и термодинамических условий в породах. В настоящее время, специфику исследований тепловых балансов пород криолитозоны можно разделить на два направления - планетарное и регионально-локальное. Согласно первому направлению криолитозона является планетарным явлением, сохранение и изменение мощности мерзлых пород зависит от теплового состояния Земли в целом, однако можно с уверенностью утверждать, что температурный режим криолитозоны зависит от регионального распределения энергии, который будет зависеть от гидрогеологических, геоботанических и других локальных условий.

Термодинамические условия развития мерзлых пород рассматриваются в работах [13,42,59,65,90,105]. Уравнение теплового баланса (1.1.1) имеет следующий вид:

Я — ЬЕ + р + в; (1.1.1)

где Я - радиационный баланс за полупериод остывания или нагрева пород;

ЬБ - затраты тепла на фазовые переходы;

р - затраты тепла на конвективный теплообмен;

О - поток тепла в недра;

Радиационный баланс представляет собой разность между коротковолной радиацией, поступившей на поверхность земли, и длинноволновым излучением земли. Затраты тепла на фазовые переходы характеризуются испарением воды с дневной поверхности и с поверхностей растений. Конвективный теплообмен вызван переносом энергии при турбулентном перемешивании воздуха. По показателям уравнения теплового баланса и теплофизическим свойствам пород определяют их среднегодовую температуру (1.1.2):

г? —-¡=-; (1.1.2)

^ 2хтс х 7

Л] тт

где Я - радиационный баланс за полупериод остывания или нагрева пород; ЬБ - затраты тепла на фазовые переходы; р - затраты тепла на конвективный теплообмен; ^ - глубина сезонного оттаивания;

Аср - амплитуда годовых колебаний температуры в слое сезонного оттаивания;

С - объемная теплоемкость грунта;

Qф - теплота фазового перехода воды;

А - коэффициент теплопроводности пород;

Очевидно, что в общем случае для существования вечномерзлых пород среднегодовая температура пород на подошве слоя сезонного оттаивания должна

быть отрицательна, это и показывает термодинамическое условие образования и существования вечномерзлых пород пород (1.1.3):

г?р — гспр0в + Л г™ ± Л гсрраст + Л гсирнф - Л г* < 0 0 с; (1.1.3)

где - среднегодовая температура поверхности;

, раст

- температурная поправка влияния растительного слоя;

- температурная поправка влияния инфильтрующих осадков.

Как видно из представленного термодинамического условия образования и существования многолетнемерзлых пород, этот процесс намного более сложный и зависит не только от показателей теплового баланса и теплофизических свойств пород. Среднегодовая температура пород в слое сезонного оттаивания зависит от многих факторов, геоботанических - температурная поправка на влияние растительности, географических - влияние мощности толщи снежного покрова, гидрологических - влияние инфильтрующихся летних осадков.

Подробно влияние различных факторов на температурный режим вечномерзлых пород рассмотрено в работах [65, 75].

В настоящее время большое внимание уделяется росту среднегодовой температуры атмосферного воздуха и влиянию температуры атмосферы на состояние криолитозоны.

1.2 Анализ современного состояния вечномерзлых грунтов и их реакции на

изменение температурного режима

Одной из основных причин современной тенденции изменений в криолитозоне является изменение температуры атмосферного воздуха. В работах [4,36,51] проводились наблюдения на метеорологических станциях, результаты которых показали, что за XX век среднегодовая температура воздуха изменилась

на 1,1 °С, рост летней температуры для большей части территории распространения криолитозоны в среднем составили 1,5 °С.

Параллельно с ростом температуры воздуха был зафиксирован рост осадков в зимний период времени [8]. В среднем мощность снежного покрова на территории распространения криолитозоны увеличилась на 40 мм, при этом также отмечается, что период сохранения снежного покрова значительно сократился. На рисунке 1.2 показано влияние мощности снежного покрова на температуру грунта.

Рисунок 1.2 - График влияния мощности снежного покрова на температуру грунтов [54]. Н - мощность снежного покрова; Н 1 - охлаждение грунтов за счет коэффициента отражения (альбедо); Н 2 - оттепляет как теплоизоляционный слой;

Н 3 - охлаждает за счет задержки таяния снега; Н 4 - отепляет за счет

геотермического градиента.

Как видно из графика, представленного на рисунке 1.2, с увеличением мощности и параллельным уменьшением периода сохранения снежного покрова происходит повышение температуры грунтов.

В работе [54], автор описывает неоднозначность влияния температуры атмосферного воздуха на температурный режим криолитозоны. Автор утверждает, что реакция криолитозоны на изменение климата более сложная и должна учитывать не только повышение температуры атмосферного воздуха, но и параллельные изменения ландшафтных условий рассматриваемого участка.

Данная реакция является совокупностью изменений атмосферного климата с параллельными изменениями ландшафта.

Одним из первых, попытался показать влияние на криолитозону ландшафтных условий в совокупности с изменением климата В.А. Кудрявцев. В работе [60], на примере бассейна реки Селемджи, проведены анализ изменения островной зоны распространения вечномерзлых пород. В результате проведенных наблюдений было обнаружено, что на одном участке в результате различных гидрогеологических, геоботанических и геоморфологических условий вслед за повышением температуры атмосферного воздуха, регистрируется как повышение мощности вечномерзлых грунтов, так и их деградация.

Так же на примере островной зоны распространения вечномерзлых грунтов ландшафтная дифференциация реакции криолитозоны на изменение климата рассмотрена в работе [16]. Наблюдения проводились на территории Уренгойского газоконденсатного месторождения. В результате анализа, полученных в ходе наблюдений данных, были зафиксированы различные направления оттаивания грунтов, на участках массивно-островной зоны оттаивание происходило в латеральном направлении, на участках прерывистой зоны - в направлении сверху вниз.

Похожие выводы были сделаны в работе [56]. Авторы утверждают, что изменения дневной поверхности, происходящие вслед за изменением климата, значительно влияют на реакцию криолитозоны. В зависимости от ландшафтных условий эти изменения могут усиливать деградацию вечномерзлых грунтов, либо же наоборот препятствовать оттаиванию грунтов.

В работе [55] показана дифференциальная реакция криолитозоны на изменение климата на примере двух разномасштабных потеплений - ХХ-ХХ1 века и в интервале последний криохрон поздний плейстоцен-голоцен. Также как и в работах [54,60,56] автор отмечает, что изменение климата является лишь одним из компонентов изменения криолитозоны. Различная реакция

многолетнемерзлых грунтов на изменение атмосферного климата наблюдается не только в настоящее время, но и на протяжении позднего плейстоно-голоцена.

В докладе представленном федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды [87], говорится о существенных изменениях термического режима континентальной криолитозоны Российской Федерации. Согласно докладу, значительные изменения стали фиксировать с начала XX века и тенденция развития изменений термического режима криолитозоны к настоящему времени не изменилась. Уже сейчас отмечается серьезный ущерб причиненный оттаиванием вечномерзлых пород. По прогнозам южная граница криолитозоны к середине XXI века может сдвинуться к северу на 200 км.

На рисунке 1.2.1 представлены данные, приведенные в докладе федеральной службы гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды, относительно прогноза оттаивания вечномерзлых грунтов.

Рисунок 1.2.1 - Тенденции изменения криолитозоны Российской Федерации

к 2020 - 2050 году [87].

1 - повсеместное оттаивание на равнинах к 2020 г.; 2 - повсеместное оттаивание на равнинах к 2050 г.; 3 - повсеместное оттаивание на плоскогорьях к 2050 г.; 4 - повсеместное оттаивание в горах к 2050 г.; 5 -частичное оттаивание на равнинах к 2050 г.; 6 - частичное оттаивание на плоскогорьях к 2050 г.; 7 - частичное оттаивание в горах к 2050 г.; 8 -относительно стабильное состояние на равнинах; 9 - относительно стабильное состояние на плоскогорьях; 10 - относительно стабильное состояние в горах;

Анализ последствий, вызванных деградацией криолитозоны, провели авторы работы [5]. В данной работе сделан упор на негативные факторы, вызванные климатическими изменениями, однако авторы также отмечают наличие положительных моментов в изменении температурного режима. Основным, по мнению авторов, негативным последствием оттаивания вечномерзлых грунтов является неравномерные термокарстовые осадки дневной поверхности земли. Они приводят к авариям на трубопроводах нефти-газовой промышленности и нарушению эксплуатации зданий и сооружений, в связи с резким снижением несущей способности оснований.

По данным, приведенным в работе [70], по состоянию на 2005 год 25% сплошной зоны распространения вечномерзлых грунтов европейской части России стало островной зоной распространения вечномерзлых грунтов. Также отмечается увеличение от 2 до 5 раз глубины таликов. Южная граница криолитозоны сместилась от 30 до 80 км к северу. Серьезный урон наблюдается и за полярным кругом отмечаются разрушения домов, коммуникационных линий, кладбищ и геодезических знаков.

Авторы работы [6], отмечают серьезные экономические последствия, к которым привела активация интенсивных геокриологических процессов, вызванных повышением температуры пород. Число аварий на нефтегазовых месторождения ХМАО ежегодно достигает 2000 случаев. На ликвидацию деформаций трубопроводов, вызванных деградацией вечномерзлых грунтов, и поддержания их безаварийной работоспособности ежегодно тратится до 50 млрд рублей.

Неравномерные термокарстовые осадки послужили причиной одной из самых крупных аварии на нефтепроводах [71]. Авария произошла в Республике Коми в 1994 году, неравномерные осадки дневной поверхности вызвали многочисленные разрывы трубопровода Возей - Головные в результате чего был зафиксирован масштабный, более 150 тысяч тонн, разлив нефтепродуктов.

По результатам мониторинга, проведенного властями города Якутска, состояние жилищного фонда признано катастрофическим. За период наблюдения в городе было зафиксировано более 20 случаев обрушения зданий. Наиболее крупные аварии, связанные с деградацией грунтов, произошли в 1999 и 2009 году [2].

Результаты исследования Института мерзлотоведения СО Академии наук РФ имени П.И. Мельникова [72] показали, что за 9 лет в период с 1990 по 1999 г. количество зданий и сооружений, на которые повлияли неравномерные осадки вечномерзлых оснований, увеличилось по сравнению с предыдущем периодом более чем на 40% в Норильске и порядка 60 % в Якутске. Главными последствиям оттаивания криогенных грунтов являются неравномерные деформации фундаментов, заболачивание, подтопление.

В результате деградации криолитозоны на территории ближайшей к аэропорту Якутска произошло оседание асфальтобетонного покрытия взлетно-посадочной полосы. Следствием этой аварийной ситуации стало закрытие аэропорта и отмены огромного количества рейсов, итогом чего явились большие финансовые потери [73].

За последние 30 лет в Республике Саха и Норильском промышленном округе было выявлено более 50 серьезных разрушений бетонных зданий. Главным виновником аварий была признана незамерзшая вода, появившаяся в вечномерзлых грунтах в результате деградации. В работе [98] приведены результаты исследования влияния оттаивания вечной мерзлоты на фундаменты зданий и сооружений в Норильском промышленном районе. По данным исследования, к началу нулевых в Норильске около 250 крупных инженерных сооружений получили повреждения и деформации, ставшие результатом деградации криолитозоны, порядка 100 объектов находились в аварийном состоянии, в среднем каждое десятое жилое здание, возведенное ранее, признаны аварийными и не пригодными к эксплуатации.

Территории с грунтами большой льдистости наиболее подвержены потери несущей способности в результате оттаивания. В результате повышения температуры и деградации ледопородного массива отвал рудника «Медвежий ручей» начал свое движения и разрушил отводные туннели Г ЭС на реке Ергалах, а также перекрыл движение автомобилей на подходе к Г ЭС [98].

За отчетный период времени зафиксировано увеличение территории, на которой происходит нарушение условий существования криолитозоны. Следствием этого являются разрушенные дороги, трубопроводы, оползни насыпей, оседания оснований. Увеличение количества незамерзшей воды в вечномерзлых грунтах, является наиболее неблагоприятным фактором, оказывающим пагубное влияние на основания зданий и сооружений. Ситуация осложняется тем, что незамерзшая вода в грунтах может иметь различный и непредсказуемый как минеральный, так и химический состав, и как следствие температура ее замерзания может значительно отличаться, для каждого конкретного случая. Поэтому мероприятия по регулированию температурного состояния грунтов, такие как устройство вентилируемых подполий и замораживающие скважины могут не давать результата.

Основная часть инженерных сооружений в криолитозоне возводится согласно СП «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» [102] по Принципу I. Температура мерзлых грунтов влияет на количество незамерзшей воды в грунтах, и как следствие на величину нагрузки, которую грунты способны выдержать. Деформация объектов строительства связанна с тем, что нагрузка на грунты остается практически неизменной на всем этапе эксплуатации сооружений, а предел прочности грунтов при их оттаивании значительно уменьшается. В любом районе Республики Саха и Норильского промышленного округа можно невооруженным глазом заметить негативные последствия деградации криолитозоны.

В результате трагедии в ресторане «Белый Олень» во второй половине 70-х годов жертвами стали более 100 человек. Причиной трагедии межведомственная

комиссия признала увеличение глубины сезонного оттаивания, по сравнению с принятой в проекте, следствием чего явилось техногенное выветривание толщи грунтов, повлекшее за собой обрушения здания ресторана [98].

Важнейшим фактором проблемы деградации вечномерзлых грунтов является экологический аспект. Снижение несущей способности оснований может привести к прорыву хвостохранилищ и накопителей отходов в Норильском промышленном районе, под угрозу нарушения целостности попадает хранилище радиоактивных отходов на Новой Земле [9].

Необходимо отметить, что обвинять во всех, вышеописанных, авариях лишь деградацию криолитозоны было бы преждевременно и неверно. В каждом конкретном случае необходимо сделать выводы об ошибках при проектно-изыскательных работах, проектировочных работах и возможной халатности застройщиков. Каждая авария, безусловно, являлась совокупностью факторов, повлекших за собой экологические, экономические и социальные последствия. Деградация многолетнемерзлых пород послужила процессом, объединившим все эти факторы.

1.3 Анализ процесса оттаивания-промерзания вечномерзлых грунтов

Процессы оттаивания и промерзания вечномерзлых пород нельзя рассматривать обособленно друг от друга. Химические и физико-механические реакции и процессы, проходящие в породах при оттаивании, влияют на дальнейшее их промерзание и наоборот. Подробно процессы оттаивания и промерзания многолетнемерзлых пород рассматриваются в работах [11,42,43,44, 59,65,83,90,91,92,105,112].

Вечномерзлые грунты - это четырехфазная структура, состоящая из твердых частиц, воды, газа и льда. Именно лед придает грунту специфические

свойства. Фазовые переходы воды из жидкого состояния в твердое и наоборот, подробно рассмотрены в работе [42].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шихов Александр Игоревич, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авербах, С.В. Диагностика акустических свойств неконсолидированных сред в натурных условиях. / Авербах С.В., Лебедев А.В., Марышев А.П., Таланов В.И. // Акустический журнал. - 2008. - т. 54. - №4. - с. 607-620.

2. Алексеева, О.И. О проблемах градостроительства в криолитозоне (на примере Якутска) / Алексеева, О.И., Балобаев В.Т., Григорьев М.Н., Макаров В.Н., Чжан Р.В., Шац М.М., Шепелев В.В. // Криосфера Земли. -2007. - № 2. - с. 76-83.

3. Амосова, Е.В. Система мониторинга температур протяженных объектов в вечномерзлых грунтах. / Амосова Е.В., Кропачев Д.Ю., Паздерин Д.С. // Экспозиция нефть газ. - 2011. - №3.

4. Анисимов, О.А. Анализ изменений температуры воздуха на территории России и эмпирический прогноз на первую четверть 21 века. / Анисимов О.А., Лобанов В.А., Ренева С.А. // Метеорология и гидрология. - 2007. - № 10. - с. 20-30.

5. Анисимов, О.А. Оценочный отчет. Основные природные и социально-экономические последствия изменения климата в районах распространения многолетнемерзлых пород: прогноз на основе синтеза наблюдений и моделирования. / Анисимов О.А., Белолуцкая М.А., Григорьев М.Н., Инстанес А., Кокорев В.А., Оберман Н.Г., Ренева С.А., Стрельченко Ю.Г., Стрелецкий Д., Шикломанов Н.И // Государственный Гидрогеологический институт. - Санкт-Петербург:2015. с. 18-53.

6. Анисимов, О.А. Оценка влияния изменения климата и деградации вечной мерзлоты на инфраструктуру в северных регионах России. / Анисимов О.А., Белолуцкая М.А. // Метеорология и гидрология. - 2002. - № 6. - с. 13-21.

7. Баклашев, И.В. Геомеханика: Учебник для вузов. В 2 т. // Издательство Московского государственного горного университета. - Москва: 2004. с. 127-201.

8. Бедрицкий, А.И. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации: Том 1 Изменения климата. / Бедрицкий А.И., Блинов В.Г., Гершинкова Д.А., Голицин Г.С., Дымников В.П., Израэль А., Катцов В.М., Котляков В.М., Мелешко В.П., Осипов В.И., Семенов С.М. // Росгидромет. - Москва: 2008. с. 220 - 228 с.

9. Бедрицкий, А.И. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации: Том 2. Последствия изменений климата. / Бедрицкий А.И., Блинов В.Г., Гершинкова Д.А., Голицин Г.С., Дымников В.П., Израэль А., Катцов В.М., Котляков В.М., Мелешко В.П., Осипов В.И., Семенов С.М. // Росгидромет. - Москва: 2008. с. 101-139.

10. Бондаренко, В.И. Основы сейсморазведки: Учебное пособие для вузов. // Издательство УГГГА. - Екатеринбург: 2003.

11. Брушков, А.В. Засоленные многолетнемерзлые породы арктического побережья, их происхождение и свойства. // МГУ им. М.В. Ломоносова. -Москва: 1998. с.103-113.

12. Бурков, Д.В. Геокриологический мониторинг Варандейского прибрежно-морского нефтеотгрузочного комплекса в ненецком автономном округе. / Бурков Д.В., Губайдуллин М.Г. // Геология, геофизика и бурение. - 2010. -т. 8. - №2.

13. Вакулин, А.А. Основы геокриологии: учебное пособие. - 2-ое издание. // Издательство Тюменского государственного университета. - Тюмень: 2011. - с. 17-78.

14. Варламова, Л.Д. Вопрос комплексной застройки городов в условиях криолитозоны на примере кампуса Северо-Восточного федерального университета. / Варламова Л.Д., Буслаева И.И. // Вестник Евразийской науки. - 2018. - №6.

15. Вартанов, А.З. Геофизические изыскания в условиях мегаполиса // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - №8. - с. 174-180.

16. Васильев, А.А. Динамика температуры многолетнемерзлых пород Западной Сибири в связи с изменениями климата. / Васильев А.А., Дроздов Д.С., Москаленко Н.Г. // Криосфера Земли. - 2008. - т. 12. - № 2. - с. 9-15.

17. Велли, Ю.Я. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. / Велли Ю.Я., Докучаева В.В., Федорова Н.Ф. // Стройиздат. - Ленинград: 1977. с. 157-246

18. Великин, С.А. Особенности геофизического мониторинга гидротехнических сооружений в криолитозоне. // Наука и образование. -2012. - №4.

19. Владов, М.Л. О проблемах инженерной сейсморазведки. / Владов М.Л., Капустин В.В. // Технологии сейсморазведки. - 2014. - №2. - с.104-112.

20. Волков, Н.Г. Геотехнический мониторинг мерзлого грунтового основания с помощью статического зондирования / Волков Н.Г., Соколов И.С. // Основания и фундаменты, подземные сооружения. - 2019. - №5.

21. ГОСТ 12248.10-2020. Грунты. Определение характеристик деформируемости мерзлых грунтов методом компрессионного сжатия: Межгосударственный стандарт: национальный стандарт: утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14октября 2020 г. № 830-ст: введен взамен ГОСТ 12248-2010: дата введения 01.07.2021 / подготовлен открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр «Строительство» » - Научно-исследовательским проектно-изыскательным и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений (НИИОСП) им. Н.М. Герсеванова. - Москва: 2021.

22. ГОСТ 20276.2-2020. Грунты. Метод испытаний радиальным прессиометром: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное : утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 августа 2020

г. №481-ст : введен взамен ГОСТ 20276-2012: дата введения 01.01.2021 / подготовлен открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр «Строительство» » - Научно-исследовательским проектно-изыскательным и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений (НИИОСП) им. Н.М. Герсеванова. -Москва: 2021.

23. ГОСТ 12248.8-2020. Грунты. Определение характеристик прочности мерзлых грунтов методом среза по поверхности смерзания: национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное: утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 октября 2020 г. №828-ст: введен взамен ГОСТ 12248-2010 : дата введения 01.06.2021 / подготовлен открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр «Строительство» » - Научно-исследовательским проектно-изыскательным и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений (НИИОСП) им. Н.М. Герсеванова. - Москва: 2021.

24. ГОСТ 17624-2012. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2012 г. №1972-ст: введен взамен ГОСТ 17624-87 : дата введения 01.01.2014 / подготовлен Научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона им. А.А. Гвоздева (НИИЖБ), подразделением ОАО «НИЦ «Строительство». - Москва: 2014.

25. ГОСТ 12248.9-2020. Грунты. Определение характеристик прочности и деформируемости мерзлых грунтов методом одноосного сжатия: национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное: утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 октября 2020 г. №829-ст: введен взамен ГОСТ 12248-2010 : дата введения 01.06.2021 / подготовлен

открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр «Строительство» » - Научно-исследовательским проектно-изыскательным и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений (НИИОСП) им. Н.М. Герсеванова. - Москва: 2021.

26. ГОСТ Р 59554-2021. Нефтегазовая промышленность. Аппаратура геофизическая скважинная. Общие технические условия: национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное: утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 июня 2021 г. №528-ст: введен впервые: дата введения 01.12.2021 / подготовлен обществом с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение «Союзнефтегазсервис» (ООО НПО «СНГС»). - Москва: 2021.

27. ГОСТ 25358-2020. Грунты. Метод полевого определения температуры: национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное: утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 декабря 2020 г. №1339-ст: введен взамен ГОСТ 25358-2012 : дата введения 01.06.2021 / подготовлен открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр «Строительство» » - Научно-исследовательским проектно-изыскательным и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений (НИИОСП) им. Н.М. Герсеванова. - Москва: 2021.

28. ГОСТ 12071-2014. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов: национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное: утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 декабря 2014 г. №2023-ст: введен взамен ГОСТ 12071-2000 : дата введения 01.07.2015 / подготовлен открытым акционерным обществом «Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве» (ОАО «ПНИИИС»). - Москва: 2015.

29. ГОСТ 2405-88. Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Общие технические условия: национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное: утвержден и введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 23.12.1988 №4530: введен взамен ГОСТ 2405-80, ГОСТ 264878, ГОСТ 7919-80, ГОСТ 8625-77, ГОСТ 12716-76, ГОСТ 12733-83, ГОСТ 24844-81, ГОСТ 13717-84: дата введения 01.07.1989 / Министерством приборостроения, средств автоматизации и систем управления СССР. -Москва: 1989.

30. ГОСТ 28836-90. Датчики силоизмерительные тензорезисторные. Общие технические требования и методы испытаний: национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное: утвержден и введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 29.12.90 №3510: введен взамен ГОСТ 15077-78, ГОСТ ЭД1 15077-84 :дата введения 01.01.1993 / подготовлен Министерством электротехнической промышленности и приборостроения СССР. - Москва: 1993.

31. ГОСТ 8.315-2019. Государственная система обеспечения единства измерений. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Основные положения: национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное: утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 октября 2019 г. №1059-ст: введен взамен ГОСТ 8.315-97 : дата введения 01.10.2020 / подготовлен федеральным государственным унитарным предприятием «Уральский научно-исследовательский институт метрологии» (ФГУП «УНИИМ»). - Екатеринбург: 2020.

32. ГОСТ 125360-2014. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава: национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное: утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по

техническому регулированию и метрологии от 12 декабря 2014 г. №2022-ст: введен взамен ГОСТ 12536-79 : дата введения 01.07.2015 / подготовлен открытым акционерным обществом «Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве» (ОАО «ПНИИИС»). - Москва: 2015.

33. Гриб, С.И. Свайные фундаменты на вечномерзлых грунтах в сейсмических районах // Стройиздат, Ленингр. отд. - Ленинград: 1983. - с. 28-103.

34. Гречищев, С.Е. Криогенные физико-геологические процессы и их прогноз. / Гречищев С.Е., Чистотинов Л.В., Шур Ю.Л. // Недра. - Москва: 1980. с. 263-290.

35. Громадский, А.Н. Дистанционный контроль за температурным режимом вечномерзлых грунтов под зданиями г. Салехарда. / Громадский А.Н., Арфьев С.В., Волков Н.Г., Камнев Я.К., Синицкий А.И. // Научный вестник Ямало-Ненецкого автономного округа. - 2019. - №3. - с. 17-21.

36. Груза, Г.В. О неопределенности некоторых сценарных климатических прогнозов температуры воздуха и осадков на территории России / Груза Г.В., Ранькова Э., Аристова Л.Н., Клещенко Л.К. // Метеорология и гидрология. - 2006. - № 10. - с. 5-23.

37. Губайдулин, М.Г. Исследования термического режима мерзлых пород, находящихся под тепловым воздействием нефтедобывающей инфраструктуры. / Губайдулин М.Г., Макарский Н.А., Янгиров И.В. // Вестник Северного (Арктического) федерального университета. Серия: Естественные науки. - 2015. - №2. - с. 13 - 21.

38. Дроздов, А.В. Контроль миграции рассолов при захоронении в многолетнемерзлых породах (на примере Киенгского полигона Удачнинского ГОКа). // Известия сибирского отделения секции наук о земле РАЕН. - 2010. - № 2 (37).

39. Дроздов, Д.С. Мониторинг геокриологических условий южнотундровых ландшафтов Европейского Севера и Западной Сибири. // Труды Десятой

Международной конференции по мерзлотоведению. - Салехард, Ямало-Ненецкий автономный округ (ЯНАО): 2012. - с. 159-165.

40. Емельянова, Т.Я. Практикум по мерзлотоведению: учебное пособие для вузов по специальности 130302 «Поиск и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания» / Т.Я. Емельянова; В.В. Крамаренко // Издательство Томского политехнического университета. - Томск: 2010. -с. 23-90.

41.Ермолов, И.Н. Неразрушающий контроль: Справочник: в 8 т. под общей редакцией Клюева В.В. т. 3: ультразвуковой контроль / И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге // Машиностроение. - Москва: 2006. - с. 84-170.

42. Ершов, Э.Д. Общая геокриология. // Издательство Московского университета. - Москва: 2002. - с. 50-136.

43. Ершов, Э.Д. Деформации и напряжения в промерзающих и оттаивающих породах. // Издательство Московского университета. - Москва: 1985. с. 136163.

44. Ершов, Э.Д. Инженерная геокриология. / Ершов Э.Д., Хрусталев Л.Н., Пармузин С.Ю. // Недра. - Москва: 1991. с. 59-64.

45. Ершов, Э.Д., Лебеденко, Ю.П., Чувилин, Е.М., Наумова, Н.С. Массоперенос в промерзающих засоленных грунтах. В сб.: 1 Международная конференция по криогеологии, 1992. г. Пущино.

46. Ершов, Э.Д. Методика количественной оценки величины пучения оттаивающих влагонасыщеных грунтов. / Ершов, Э.Д., Лебеденко Ю.П., Петров В.С. // Мерзлотные исследования. - 1980. - т. XIX.

47. Ершов, Э.Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в дисперсных породах. // Издательство МГУ. - Москва: 1979. с. 54-200.

48. Ефимов, В.М. Формирование температуры грунтов оснований при использовании сезонно-охлаждающих устройств (СОУ) в условиях криолитозоны центральной Якутии / Ефимов В.М., Попенко Ф.Е., Рожин И.И. // Арктика и Антарктика. - 2017. - № 4. - с. 98-105.

49. Ефремов, В.Н. Изменение геокриологического состояния насыпных ГТС в Западной Якутии и оптимизация их мониторинга комплексом электроразведочных методов геофизики. / Ефремов В.Н., Дроздов А.В. // Наука и образование. - 2016. - №3.

50. Захаров, В.А. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Принципы построения и вопросы стандартизации автоматизированных измерительных систем / Захаров В.А., Волегов А.С. // Изд-во Урал. Ун-та. -Екатеринбург: 2018.

51. Израэль, А. Статистические оценки изменения элементов климата в районах вечной мерзлоты на территории Российской Федерации. / Израэль А., Павлов А.В., Анохин А., Мяч Л.Т., Шерстюков Б.Г. // Метеорология и гидрология. - 2006. - № 5. - с. 25-37.

52. Карнаухов, Н.Н. Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых объектов в условиях севера. / Карнаухов Н.Н., Кушнир С.Я., Горелов А.С., Долгих Г.М. // Издательство ЦентрЛитНефтеГаз. - Москва: 2008. с. 179-218.

53. Коновалов, А.А. Особенности проектирования фундаментов в нефтепромысловых районах Западной Сибири. / Коновалов А.А., Роман Л.Т. // Стройиздат. - Ленинград: 1981. с.52-103.

54. Конищев, В.Н. Внутри ландшафтная реакция мерзлотных условий на современные изменения климата. // Научный альманах. - 2003. - № 1. - с. 129-144.

55. Конищев, В.Н. Реакция вечной мерзлоты на потепление климата. // Криосфера Земли. - 2011. - т. XV. - № 4. - с. 15-18.

56. Корейша, М.М. Подземные льды и наледи: Атлас снежно-ледовых ресурсов мира. Том. 2, книга. 2. / Корейша М.М., Втюрин Б.И., Втюрина Е.А. // ИГРАН. - Москва: 1997. с. 9-32.

57. Кропачев, К.Ю. Способы мониторинга температуры в вечномерзлых грунтах. / Кропачев К.Ю., Гаврилов И.И. // Наука и техника в Якутии. - 2014. - №2.

58. Крылов, Д.А. Температурный режим вечномерзлого грунта под зданием со свайным фундаментом. / Крылов Д.А., Федотов А.А. // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. - 2013. - № 3.

59. Кудрявцев, В.А. Общее мерзлотоведение. / В.А. Кудрявцев; Б.И. Доставалов // Издательство Московского университета. - Москва: 1967. - с. 56-105.

60. Кудрявцев, В.А. Динамика вечной мерзлоты в бассейне среднего течения р. Селемджи и связанные с ней условия строительства в этом районе. // Тр. Ком. по вечной мерзлоте: М.; Л.: изд. АН СССР. - 1939. - т. 8.

61. Лобанков, В.М. Метрологическое обеспечение в промысловой геофизике // Изд-во УГНТУ. - Уфа: 2016.

62. Макарский, Н.А. Результаты мониторинга термического режима грунтов на Ардалинском нефтедобывающем комплексе. / Макарский Н.А., Коробов С.В. // Проблемы освоения нефтегазовых месторождений Европейского Севера России: сб. науч.тр. вып.2. - Архангельск. - 2007. - с. 61-65.

63. Макарский, Н.А. Результаты геокриологического мониторинга на Ардалинском нефтяном месторождении. / Макарский Н.А., Губайдулин М.Г. // Вестник поморского университета. Серия: естественные науки. -2010. - №1. - с. 15-21.

64. Мангрушев, Р.А. Основания и фундаменты. / Мангрушев Р.А., Карлов В.Д., Сахаров И.И., Осокин И.А. // Издательство Ассоциации строительных вузов. - Москва: 2011. с. 115-280.

65. Маслов, А.Д. Основы геокриологии: учебное пособие. / А.Д. Маслов, Г.Г. Осадчая, Н.В. Тумель, Н.А. Шполянская // Институт управления информации и бизнеса. - Ухта: 2005. - с. 8-39.

66. Мельников, Е.С. Циркумарктическая карта многолетнемерзлых пород и грунтовых льдов (масштаб 1:10 000 000) / Мельников Е. С., Кондратьева К. А. // Криосфера Земли. - 1998. - Т. II, № 4, с. 58—61.

67. Миндель, И.Г. Особенности изучения деформационно-прочностных свойств дисперсных грунтов сейсмоакустическими методами. / Мендель

И.Г., Севостьянов В.В., Трифонов Б.А., Рагозин Н.А. // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2016. - №5. - с. 461476.

68. Некрасов, И.А. Вечная мерзлота Якутии. // Якутское книжное издательство. - Якутск: 1984. - с. 16-58.

69. Неклюдов, В.В. Контроль температурного состояния оснований рудников в криолитозоне средствами автоматизированного мониторинга. / Неклюдов В.В., Великин С.А., Малышев А.В. // Криосфера земли. - 2014. - т. XVIII. -№ 4. - с. 33-38.

70. Оберман, Н.Г. Прогнозирование деградации многолетнемерзлых пород (на примере Европейского Северо-Востока страны). / Оберман Н.Г., Шеслер И.Г. // Разведка и охрана недр. - 2009. - № 7. - с. 20-30.

71. Оберман, Н.Г. Глобальное потепление и изменение криолитозоны Печоро-Уральского региона. // Разведка и охрана недр. - 2007. - № 4. - с. 62-65.

72. Оглезнева Л.А. Сравнительные характеристики акустико-эмиссионных систем. // Вестник науки Сибири. - 2011. - №1 (1). - с. 211-219.

73. Олейник, А.М. Организация системы геодезического мониторинга объектов нефтегазового комплекса в криолитозоне // Интерэкспо геосибирь. - 2012. - №1. - с. 166-170.

74. Охлопкова, Т.В. Строительство и проектирование зданий и сооружений в условиях вечной мерзлоты. / Охлопкова Т.В., Гурьянов Г.Р., Плотников А.А. // Инженерный вестник Дона. - 2018. - №4.

75. Павлов, А.В. Теплофизика ландшафтов. // Издательство Наука. -Новосибирск: 1979. с. 101-196.

76. Паздерин, Д.С. Геотехнический мониторинг как основа безопасной эксплуатации объектов добычи нефти и газа в условиях криолитозоны (на примере Новопортовского месторождения). // Ргонефть. Профессионально о нефти. - 2018. - № 1(7). - с. 68-72.

77. Патент № 2009139879/03 Российская Федерация, МПК Е02Б 1/08 (2006.01). Способ измерения осадок фундаментов и устройство для его

реализации: №2009139879/03: заявлено 28.10.2009: опубликовано 27.02.2011 / Братанчук А.И., Люлин Б.Н., Пушкарев А.Е., Шубарев В.А. - с. 15. : ил.2.

78. Патент № 2014110686/06 Российская Федерация, МПК F17D 5/00

(2006.01). Способ контроля положения трубопровода надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты: №2014110686/06: заявлено 20.03.2014: опубликовано 27.09.2015 / Лисин Ю.В., Ревель-Муроз П.А., Зарипов З.А., Сощенко А.Е., Хабаров А.В. - с. 20. : ил. 10.

79. Патент № 2013110471/06 Российская Федерация, МПК F17D 5/00 (2006.01). Устройство геотехнической диагностики и мониторинга магистральных трубопроводов в криолитозоне: №2013110471/06: заявлено 11.03.2013: опубликовано 27.04.2014 / Ненабин В.В., Кучумов Р.Р., Голубин С.И., Гречанов А.В., Наумов А.Н. - с.10. : ил. 2.

80. Патент № 2017144882 Российская Федерация, МПК F17D 5/00 (2006.01). Устройство автоматизированного геотехнического мониторинга для подземных трубопроводов: № 2017144882: заявлено 20.12.2017: опубликовано 12.11.2018 / Ревель-Муроз П.А., Воронов А.Г., Чужинов С.Н., Захаров А.А. [и д.р.]. - 15 с. : ил. 2.

81. Патент № 2017126860 Российская Федерация, МПК F17D 5/00 (2006.01). Способ мониторинга температурных аномалий в многолетнемерзлом грунте трассы линейного объекта: №2017126860: заявлено 25.07.2017: опубликовано 12.10.2018 / Владов Ю.Р., Владова А.Ю., Нестеренко Ю.М., Нестеренко М.Ю., Владов М.Ю.; заявитель Владов Ю.Р. - 20 с. : ил. 7.

82. Патент № 2743547 Российская Федерация, МПК E02D 1/00 (2021.01). Способ мониторинга состояния многолетнемерзлых грунтов, служащих основанием для зданий и сооружений, и устройство для его осуществления: №2743547: заявлено 02.10.2020: опубликовано 19.02.2021 / Потапов А.И., Шихов А.И.; заявитель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет». - 19 с.: ил. 5.

83. Пендин, В.В. Мерзлотоведение // МГГРУ. - Москва: 2003. - с. 10-54.

84. Потапов, А.И. Измерение динамических деформационных свойств мерзлого грунта при оттаивании / А.И. Потапов, А.И. Шихов, Е.Н. Дунаева // Автоматизация в промышленности. - 2020. - №10.

85. Потапов, А.И. Температурный контроль вечномерзлых грунтов / А.И. Потапов, А.И. Шихов, Е.Н. Дунаева // Автоматизация в промышленности. -2019. - №12.

86. Потапов, А.И. Определение динамического модуля упругости вечномерзлых грунтов при оттаивании по кинематическим характеристикам упругой волны / А.И. Потапов, А.И. Шихов, Е.Н. Дунаева // Контроль. Диагностика. - 2021. - №3.

87. Пятое национальное сообщение Российской федерации, представленное в соответствии со статьями 4 и 12 Рамочной Конвекции организации объединенных наций об изменении климата и статьей 7 Киотского протокола // Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. - Москва: 2011. с 99-101.

88. Регламент организации работ по геотехническому мониторингу объектов газового комплекса в криолитозоне. // СТО Газпром 2-3.1-071-2006.

89. Рекомендации по выбору принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований зданий. Ордена трудового красного знамени научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. Стройиздат. - Москва: 1980. - с. 10-64.

90. Романовский, Н.Н. Основы криогенеза литосферы. // Издательство Московского университета. - Москва:1993. - с. 127-208.

91. Романовский, Н.Н. Подземные воды криолитозоны. // Издательство Московского университета. - Москва: 1983. с. 43-50.

92. Романовский, Н.Н. Холод земли. // Просвещение. - Москва: 1980. с. 7-38.

93. Руководство по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах // НИИ оснований и подзем. сооружений им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР. Стройиздат. - Москва: 1980. - с. 35-204.

94. Руководство по наблюдению за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений. Научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. Стройиздат.

- Москва: 1975. - с. 15-52.

95. Руководящий документ РД 07-408-01 Положение о геологическом и маркшейдерском обеспечении промышленной безопасности и охраны недр. // Госстрой России. - Москва: 2001.

96. Руководящий документ РД 07-603-03 Инструкция по производству маркшейдерских работ. // Госстрой России. - Москва: 2003.

97. Сердюков, А.С. Исследование строения и свойств приповерхностных слоев связных грунтов на основе сейсмических данных. / Сердюков А.С., Оленченко В.В., Яблоков А.В., Чернышов Г.С., Дергач П.А. // Интерэкспо ГЕО-СИБИРЬ. - 2016. - т. 2. - №2. - с. 8-12.

98. Скупов, Б. Глобальное изменение климата и деградация вечной мерзлоты. // Строительный эксперт. - 2017. - №3.

99. Смирнов, В.В. Перспективы развития систем геотехнического мониторинга. / Смирнов В.В., Земенков Ю.Д., Торопов С.Ю., Сероштанов И.В., Никифоров В.Н. // Горный информационно-аналитический бюллетень.

- 2014. - №4. - с. 191-198.

100. СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений: национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное: утвержден и введен приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской федерации от 16 декабря 2016 г. № 970/пр: введен впервые: дата введения 17.04.2017 / подготовлен департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России). - Москва: 2017.

101. СП 305.1325800.2017. Здания и сооружения. Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: утвержден и введен

приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской федерации от 17 октября 2017 г. № 1435/пр: введен впервые: дата введения 18.04.2018 / подготовлен Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской федерации (Минстрой России). - Москва: 2017.

102. СП 25.13330.2020. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: утвержден и введен в действие Приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 30 декабря 2020 г. №915/пр: введен: дата введения 01.07.2021/ подготовлен департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России). - Москва: 2012.

103. Суриков, В.И. Система геотехнического мониторинга и безопасного управления магистральными нефтепроводами, проложенными в сложных природно-климатических условиях. // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2016. - №2.

104. Терцаги, К. Механика грунтов в инженерной практике / Терцаги К., Пек Р. // Госстройиздат. - Москва: 1958. с. 15-136.

105. Толстихин, Н.И. Общее мерзлотоведение. / Н.И. Толстихин, О.Н. Толстихин, В.Т. Балобаев // Издательство Наука. - Новосибирск: 1974. - с. 78-160.

106. Трофимов, В.Т. Грунтоведение. / Трофимов В.Т., Королева В.А., Вознесенский Е.А., Голодковская Г.А., Васильчук Ю.К., Зиангиров Р.С. // Изд-во МГУ. - Москва: 2005. с. 296 - 559.

107. Тютинов, И.А. Теория миграции влаги и пучение грунтов при промерзании. // Недра. - Москва: 1974. с. 33-64.

108. Ульянов В.Ю. Методика обследования грунтового основания большеразмерных монолитных фундаментных плит после длительной консервации. / Ульянов В.Ю., Ульянов А.В. // Велес. - 2018. - №3. - с.10-15.

109. Фадеев, А.В. Метод конечных элементов в геомеханике. // Недра. -Москва: 1987. с. 13-25.

110. Флорин, В.А. Основы механики грунтов. // Госстройиздат. -Ленинград: 1959. с. 120-144.

111. Фролова, Ю.В. Сравнительный анализ статического и динамического модулей упругости гранитов и гнейсов Алданского щита / Фролова Ю.В., Патрушева Н.А. // Сергеевские чтения. Инженерная геология и геоэкология. Фундаментальные проблемы и прикладные задачи. - 2016. - с.100-105.

112. Хименков, А.Н. Введение в структурную криологию. / Хименков А.Н., Брушков А.В. // Наука. - Москва: 2006. с. 40-64.

113. Хрусталев, Л.Н. Основы геотехники в криолитозоне. // Изд-во МГУ.

- Москва: 2005. с. 100-267.

114. Цытович, Н.А. Механика мерзлых грунтов: учебное пособие. // Издательство Высшая школа. - Москва: 1973. - с. 20-350.

115. Черняков, А.В. Контроль качества геотехнических конструкций, созданных методом струйной цементации. / Черняков А.В., Богомолов О.В., Капустин В.В., Владов М.Л., Калинин В.В. // Технологии сейсморазведки. -2008. - №3. - с. 97-102.

116. Чжан, Р.В. Геокриологический мониторинг низко- и средненапорных грунтовых плотин в криолитозоне в связи с изменением климата. // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - №6.

117. Чотчаев, Х.О. Комплексирование методов сейсморазведки (МВП) и геолокационного зондирования для выделения геотектонических и геотехнических особенностей разреза Рокского тоннеля. / Чотчаев Х.О., Шепелев В.Д. // Геология и геофизика юга России. -2014. - №1.

118. Шапиро, Д.М. Нелинейная механика грунтов. // Воронежский ГАСУ.

- Воронеж: 2016.

119. Klyuev, V.V. NDT inspection in oil-processing and chemical industries. / Klyuev V.V., Sosnin F.R. // Khimicheskoe I Neftegazovoe Mashinostroenie. -2004. - №4. - c. 39-43.

120. Paramonov, V.N. Calculations of thermal stabilization of transport embankments and their bases / Paramonov V.N., Sakharov I.I. // Procedia Engineering. - 2017. - № 189.

121. Potapov, A.I. Acoustic-emission testing of bearing possibility of freezing foundation testing of bearing possibility of freezing foundations and principle of building of systems for diagnosis / Potapov A.I., Sakharov I.I., Pavlov I.V., Krasovskaya G.I. // Defektoscopiya. - 1993. - №3.

122. Potapov, A.I. The pattern of changes in the velocity of propagations of ultrasonic waves in frozen soil samples during thawing / A.I. Shikhov, A.I. Potapov // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1582.

123. Potapov, A.I. Geotechnical monitoring of frozen soils: problems and possible solutions / A.I. Potapov, A.I. Shikhov, E.N. Dunaeva // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1064.

124. Sakharov, I.I. Nature of acoustic emission during phase transformations and adequacy of the Stefan condition // Journal of Engineering physical and thermophysics. - 1994. - №67.

125. Syasko, V. Soil deformation model analysis in the processing of the geotechnical results / V. Syasko, A. Shikhov // E3S Web of Conferense. 2021. Vol 266.

126. Shikhov, A.I. Ultrasound methods and for examination of physical and mechanical properties of rocks / A.I. Shikhov, E.N. Dunaeva // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 194.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Журнал результатов проведенного геотехнического мониторинга

Объект (наименование объекта, на котором проводятся исследования)

Дата проведения испытаний

№ сваи

Глубина сваи, м

Способ измерения деформаций Акустическое прозвучивание грунтов

Зона НДС № слоя грун та Тип грун та Мощнос ть слоя, м Сила смерзан ия, КПа Расчетн ая осадка, мм Суммарн ая осадка сваи, мм Допустим ая осадка, мм

Сезонное оттаивание —

Вмерзания сваи в грунт

Компрессион ное сжатие —

Вывод по состоянию основания

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Блок схема программы для обработки результатов проведенного

геотехнического мониторинга

С

Начало

р • • • рп - плотность грунта для каждого слоя;

к • • • кп - мощность грунтового слоя; 1 • • • /п - коэффициент Пуассона; к 0 - коэффициент бокового распора; П 1 • • • П п - количество геофонов; ^ 1' ' п - расстояние от излучателя до геофона;

к з' ' ' кп з - глубина расположения измерительного зонда; Ж - нагрузка от сооружения;

Установление зависимости Е0 б щ = / ( Е) / Проведение геотехнического мониторинга

З

-С 1 =

Подача давления = 0 -

Подача давления Л = ъ - 1

О < Р < ог

Да

Измерение радиуса камеры измерительного зонда

ВД)

нет

^£-1 <Р

Измерение радиуса камеры измерительного зонда

ырд

Сохранение результата

Сохранение результата

нет

Р = а,

Еобщ — Кгг0 п

Л

Сохранение результата

^общ

Нет

^ 1 — 1, п

Да. Сохранение результата Ур

у1,1 = ^ р е

Да

Сохранение результата Ец

Нет

< >

С

Конец

Да

Установление зависимости

^бщ=/ (О

Сохранение результата

^бщ=/ (О

P=coшt

Проведение геотехнического мониторинга

^ >

Да

Спуск измерительного зонда на глубину

Подача давления (Р) в измерительный зонд

- радиус зонда;

- радиус скважины

Подача сигнала на

излучающий преобразователь

Прием сигнала геофонами

Сброс давления (Р) Нет

< '=1п >

Сохранение результата

С1

Да

Регистрация времени распространения продольной волны

С1

Сохранение результата

vp

1,71

Да

V1/-- ¿i ~t\

1

1,71

Hет

Hет

Да

Ьс, Ьв, Ьк - ширина

расчетной зоны;

Ьс, ¿в, Ьк -длина расчетной

зоны;

Ьв, кк - глубина расчетной зоны; КЭ - размер конечного элемента.

Расчет показателей геотехнического мониторинга

С - слой сезонного

оттаивания;

В - слой вмерзания;

К - слой компрессионного

сжатия;

Расчет показателей слоя сезонного оттаивания

и = Ьс КЭ

т = _ К ' КЭ

п = Ьс КЭ

Ь £ (1,11); Н Е (1,т); И^£(1,71);

= 0;у! = 0; ^ = 0;

= 0;у2 = 0;г2 : = 1;

= 0;у3 = -1; = 0;

х4 = 0 ;у4 ^ = -1; = 1;

= -1;у5 = 0; = 0;

= -1; у6 = 0; = 1;

Х7 : = -1; У? = -1 = 0;

х8 : = -1; У 8 = -1 = 1;

Сохранение координат узлов

Нет

Н=1, W=1, Ь = 2,и

Да

Задание координат

узлов конечных элементов в общей системе координат (Х У, 2)

ь.я.и' л2 — х1; = У1; = у2; 22 (ь- — 7 1 (ь- — 7 2 -адж + 1; + 1;

у.Ь.Н, IV л8 — = Уз; 28 (ь- — 7 8 + 1;

Со хранение координат узлов

1 = 1,

н = 1

Сохранение координат узлов

л2 _ ь,н,{ ш- — Х2 -1) -1) -1; -1; уГ уГ — У\ — У 2 1 . „¿,нд = ^ ; = ;

я8 _ ь,н,{ ш- — Х8 -1) -1; уГ — У 8 . „¿лд ' 28 = ;

I - номер

узла в конечном элементе

Задание координат

узлов конечного

элемента в

локальной системе

координат

Нет (6>, ф, со)

Нет

дЬМ =

¿ + 1 2 .

= (-1)

Сохранение координат узлов

[В]

L,H,W _

(iV/f-v

О О

7

L,H Чу

О

(ivíf")'

о о

(NÏZH'WÏ

(N2LXH'W

о о

У о

О (N.

1Z

) (

)' о

о

L,H,Wy (NLyH,Wy

O (iV^)'

(NL,H,Wy

О

У о

0 0

(N^wy О

(Nsz

L,H,Wy

i^ry

£y

L,H,W

L,H,W

£X L,H,W Уху Yzy \-Yxz J

rt/í'^i

U8 ML,H,W WL,H,W

©

(xL^w)C = + №H'W)C = yï'H'(W) + M['h,w-, (zL^w)C =

(xL2'H'w)C = xl2H'iw) + U2H,W; №H'W)C = y2L

Z1 + Щ. '

L,H,(W)

+ m;

LÄff, (r,L,H,W\

) - Z2

= + Uq,H,W; (y^H'W)C = yLsH'iW) + Ml8'H'W; (zL8'H'W)C = zl8H'W + W8L'H'W;

Состояние системы «Свая-грунт» неудовлетворительное

Состояние системы «Свая-грунт» удовлетворительное

Конец