1400

могут обеспечить достаточную достоверность результатов инже­

нерных расчетов.

Второй группой' физических характеристик мерзлых грунтов являются показатели тепло- и массообмена (по А. В. Лыкову)*,

аименно:

1)коэффициент температуропроводности

(U1)

Рис. 22. Кривые изменения во времени влажности W и льдистости iо грунта в различные промежутки времени от начала промерзания (по опытам лаборатории Института мерзлото­ ведения, 1956 г.)

определяемый отдельно для мерзлого и немерзлого (талого) сос­ тояний грунтов с учетом фазовых превращений воды (здесь Я — коэффициент теплопроводности, ккал/м • ч • град-, С — удельная теп­ лоемкость, ккал/кг-град-, значения ^и Су для мерзлых и талых грун­ тов приведены « табл. 10 СНиП И-Б.6—66);

2) коэффициент потенциалпроводности

определяемый также отдельно для талого и мерзлого грунтов (здесь / / — коэффициент влагопроводности кг/м-н-ед. потенц.\ °г— удельная «влагоемкость» грунта в 1/ед. потенциала).

Значения коэффициента потенциалпроводности можно полу­ чить только путем постановки специальных опытов с построением3*

где АФ ^ —площадь, заключенная между двумя смежными кривы­

влажности за время от t до t + At, равный их среднему арифмети­ ческому значению.

Отметим, что знание величин коэффициентов температуропро­ водности а необходимо для прогноза глубины оттаивания вечно­ мерзлых грунтов под отапливаемыми .сооружениями, а коэффи­ циента потенциалпроводности а' — для расчетов миграции влаги при промерзании.

§7. Виды льда в мерзлых и вечномерзлых грунтах

иего значение

Рассмотрим подробнее виды льда в мерзлых и вечномерзлых грунтах как основного компонента, определяющего их мерзлое со­ стояние.

По классификации П. А. Шумского *, лед в мерзлых породах образуется тремя основными способами: 1) при промерзании ув­ лажненных мерзлых пород — конституционные льды; 2) при запол­ нении льдом полостей — жильные и повторно-жильные льды;

3)при погребении снега и льда — погребенные льды.

1.Конституционный лед имеет самое существенное значение для формирования структуры и текстуры мерзлых и вечномерзлых грунтов, являясь структурообразующим фактором для мерзлых

грунтов.

Этот лед образует как внутрипоровый грунтовый лед, так и прослойки чистого льда, залегающие в толще промерзших грунтов.

Наблюдениями в природных условиях и специальными лабора­ торными опытами было установлено, что мощные прослойки и лин­ зы льда в промерзающих грунтах образуются при длительной за­ держке границы промерзания на некотором уровне, когда оказы­ вается достаточно времени, чтобы замерзнуть пленочной и капил­ лярной воде, медленно подтягиваемой к фронту промерзания. Такие условия наблюдаются, например, при оттепелях или при колеба-

* П. А. Ш у м с к и й. Основы структурного ледоведения. Изд-во АН

СССР, 1955.

нению с мерзлыми грунтами слоистой текстуры (при одинаковой льдистости).

Для мерзлых грунтов ячеистой (сетчатой) текстуры практиче­ ски не представляется возможным с достаточной точностью опреде­ лить влажность мерзлого грунта, расположенного между ледяны­ ми включениями, т. е. Wr, а также влажность за счет включений линз и прослоек льда WB, а по ней и льдистость Л в за счет ледяных включений, поэтому более целесообразно классифицировать вечно­ мерзлые грунты не по льдистости включений (Лв), а по объемной льдистости (/об), которая включает и поровый лед, что вызывает необходимость несколько повысить пределы границ льдистости, рекомендуемые СНИиП Н-Б.6—66 и принимать:

Изложенное предложение значительно упрощает определение льдистости, так как классификация вечномерзлых грунтов произво­ дится по очень простой зависимости [выражение (1.5)], требующей определения лишь объемного веса мерзлого грунта у, его суммар­ ной влажности Wc и влажности за счет незамерзшей воды W& ко­ торые всегда определяются при инженерных изысканиях.

толщиной более 5—10 мм), то следует воспользоваться «Примеча­ нием» к п. 2.6 СНиП Н-Б.6—66, и значения льдистости за счет включений льда Л в определять грубо по результатам непосредст­ венных измерений ледяных включений в процессе инженерно-гео­ логического исследования грунтов.

При определении же объемной льдистости /0б мелкие прослой­ ки, линзы, шлиры и другие подобные включения льда учитываются в полной мере. Суммарная же мощность значительных по толщине сплошных прослойков льда добавляется к величине объемной льди­ стости мерзлых грунтов при общей оценке их льдосодержания.

2. Жильный и повторно-жильный льды, как показано исследова­ ниями пятидесятых годов, формируется при повторном зимнем рас­ трескивании верхних слоев грунта; для некоторых районов Край­ него Севера СССР они составляют иногда 50% и свыше объема всего двадцатиметрового верхнего слоя грунтов, накладывая суще­

Рис. 24. Карта распро­ странения повторно-жи­ льных льдов в СССР

(составили П. А. Шум-

граница распространения ис­

толщ льдистых (содержащих

наблюдений за жильно-по­ лигональным рельефом с са­ молета; 8 — ледники

кивания грунтов с последующим заполнением трещин водой и ее замерзанием *.

Повторно-жильные льды имеют широкое распространение на огоомной территории Севера СССР (рис. 24) **.

В настоящее время доказано (многими исследователями и в первую очередь П. А. Шумским в СССР, Р. Влеком — на Аляске и в Канаде и др.) жильное происхождение крупных скоплений под­ земного льда.

Наибольшее развитие повторно-жильные льды имеют в аллю­ виальных грунтах в пойменных террасах и могут иметь вертикаль­ ное протяжение в несколько десятков метров и ширину по верху до 10 м. Эти льды по составу отличаются от других льдов обилием, главным образом, грунтовых примесей, что обусловлено способом их образования — заполнением морозобойных трещин грунтовой водой и разжиженным грунтом. Количество твердых минеральных примесей в повторно-жильных льдах может достигать, по Шумскому, до 3—5% от общего веса льда, а объем заполненных газом полостей — до 4—6% от общего объема. Однако повторно-жильные льды слабо минерализованы и соответствуют составу поверхност­ ных вод.

В плане повторно-жильные льды образуют полигональную ре­ шетку, с размерами, изменяющимися в широких пределах — от нескольких до 100 м и более при числе углов в полигоне от 3 до 6, образуя трещинно-полигональный рельеф местности.

Повторно-жильные льды в северных областях залегания вечно­ мерзлых пород являются причиной широко распространенного на Крайнем Севере термокарста, т. е. образования провалов (карстов) вследствие протаивания повторно-жильных льдов.

Местом зарождения термокарста являются, как правило, поли­ гональные пересечения жильных льдов, обнаженных от мохового тундрового покрова. Провальные термокарстовые озера имеют поэтому во многих случаях (поданным С. П. Качурина ***) кусочно­ прямоугольную форму (рис. 25), обусловленную полигональным расположением повторно-жильных льдов.

В результате инженерных исследований, проведенных в Анады­ ре, установлено, что термокарстовые озера, возникающие по пов­ торно-жильным льдам, быстро расширяются в плане и в условиях равнинной местности перемещаются, оставаясь мелководными, так как ледяные жилы быстро выклиниваются с глубиной. Постоянный размыв оплывающих масс грунта и таяние жильного льда приводят к быстрому отступлению более высокого берега; образующийся шлейф создает новую просадочную толщу, которая после спада

* А. И. По п о в . Морозобойные трещины и проблема ископаемых льдов. Труды Института мерзлотоведения, т. XVI. Изд-во АН СССР, 1960.

**Доклады на Международной конференции по мерзлотоведению. Под ред.

Н.А. Цытовича. Изд-во АН СССР, 1963.

Таким образом, на формирование мерзлых и вечномерзлых грунтов влияют не только образования прослойков, линз и клинь­ ев льда, но и термокарстовые явления.

3. Погребенные льды образуются в том случае, когда фирновые льды и снежники постепенно засыпаются отложениями рыхлых гор­ ных пород или покрываются наносами весенних водных потоков. В стадии разрушения они характерны термокарстовыми западина­ ми, воронками, цирками и т. п.

До 1930-х годов в литературе погребенным льдам («фирновым полям») иногда придавали излишне большое значение в формиро­ вании подземных льдов. Новейшие же данные, например исследо­ вания в Центральной Якутии, показали, что подземные льды и в этом районе являются преимущественно повторно-жильными обра­ зованиями.

Из приведенного краткого описания видов подземных льдов, формирующихся в условиях вечномерзлых грунтов, вытекает, что изучение их важно как в научном отношении (как средство для установления генезиса всей вмещающей толщи вечномерзлых по­ род), так и особенно — для практических целей, так как наиболь­ шие затруднения при возведении сооружений в условиях вечно­ мерзлых грунтов, обусловливают именно подземные льды.