Список вопросов к зачету по курсу «Мерзлотоведение»

1. Объект и предмет инженерной геокриологии

Объект общей геокриологии – мерзлая зона литосферы.

Предмет общей геокриологии: • законы формирования и развития во времени и пространстве толщ (мерзлых горных пород) криогенных толщ (КТ), • состав, строение и свойства КТ, • криогенные процессы, связанных с отрицательными температурами.

2. За счет чего осуществляется кондуктивный теплоперенос?

Кондуктивный теплоперенос осуществляется за счёт непосредственного обмена энергией (теплом) между соседними атомами или группами атомов в твёрдом теле, неподвижной жидкости или газе. Это передача тепла через прикосновение, внутри одного предмета или между плотно соприкасающимися предметами.

3. За счет чего осуществляется конвективный теплоперенос?

Это перенос тепла движущимися потоками жидкости или газа. которые переносят тепло из области с более высокой температурой в область с более низкой. Интенсивность конвективного теплообмена зависит от режима течения жидкости (ламинарного или турбулентного), её теплофизических свойств (коэффициента теплопроводности, теплоёмкости и др.).

4. Определение грунт мёрзлый

Мерзлый грунт - грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в своем составе видимые ледяные включения и (или) лед-цемент и характеризующийся криогенными структурными связями.

5. Определение грунт морозный

Морозный грунт - грунт, имеющий отрицательную температуру и не содержащий в своем составе лед и незамерзшую воду.

6. Определение грунт охлажденный

Охлажденный грунт - засоленный грунт, отрицательная температура которого выше температуры начала его замерзания

7. Что такое теплоёмкость? Определение, обозначение, единицы измерения

Теплоемкость [C] – количество теплоты, которое необходимо для того чтобы нагреть единицу объема или массы грунта на 1 градус Это способность материала «запасать» тепло. Чем выше теплоёмкость, тем дольше материал нагревается и остывает. Например, у воды высокая теплоёмкость — она долго греется, но и долго отдаёт тепло. У песка — низкая: он быстро нагревается на солнце и быстро остывает ночью.

Объемная Дж/м^{3 0}С

единицы массы вещества - Удельная Дж/кг⁰С

8. Что такое теплопроводность? Определение, обозначение, единицы измерения

Теплопроводность [λ] (лямбда) – способность тела проводить тепло. Это вид теплообмена, при котором происходит перенос энергии от более нагретых тел или частей тела к менее нагретым за счёт теплового движения и взаимодействия частиц. В мёрзлом грунте лёд проводит тепло лучше, чем песок или глина.

В/м⁰С

9. Сила сопротивления сдвигу по боковой поверхности смерзания. Обозначение, единицы измерения, способы определения

сила, которая «держит» фундамент в мёрзлой земле. Когда бетонная свая вморожена в грунт, лёд «приклеивает» её к окружающим частицам земли. Чтобы вытащить сваю, нужно преодолеть это «прилипание». Она обусловлена криогенными структурными связями, образующимися при смерзании грунта с материалом фундамента.

С - сцепление

- расчетное значение удельного веса грунта, кН/м  (кгс/см );

• - глубина заложения фундамента, м (см).

СП 25.13330.2020. Приложение В. Измеряется в кПа.

Способы определения:

Испытания в одноплоскостных срезных приборах с фиксированной плоскостью среза. Образец мёрзлого грунта и материал фундамента подвергают сдвиговой нагрузке при одновременном нагружении нормальной к площади среза нагрузкой.

Метод вдавливания шарикового штампа. В грунт под заданной нагрузкой вдавливается жёсткий штамп шаровой формы, измеряется глубина его погружения. По этим данным рассчитывают параметры, связанные с сопротивлением сдвигу.

10. Длительное сцепление. Обозначение, единицы измерения, способы определения

Это прочность мёрзлого грунта «в долгосрочной перспективе». Если на грунт долго давит тяжёлое здание, он может постепенно «ползти» или проседать. Длительное сцепление показывает, какую нагрузку он выдержит не сразу, а через месяцы или годы. Единицы измерения: МПа (кгс/см²).

Способы определения:

Испытания методом компрессионного сжатия шариковым штампом. В грунт вдавливается штамп, фиксируется глубина погружения при заданной нагрузке и температуре. Предельное длительное значение эквивалентного сцепления определяют по формуле, учитывающей нагрузку, диаметр штампа, глубину погружения и другие параметры.

Лабораторные испытания с использованием образцов грунта нарушенного или ненарушенного сложения с заданными плотностью и влажностью. Моделируют условия вечной мерзлоты: поддерживают низкую температуру и смотрят, как грунт ведёт себя под нагрузкой день за днём.

11. Эквивалентное сцепление. Обозначение, единицы измерения, способы определения

 Эквивалентное сцепление — это параметр, характеризующий прочность мерзлого грунта, то есть его способность сопротивляться разрушению и формированию остаточных деформаций. Обозначается как   или  , измеряется в кПа

Способы определения:

• Метод шарикового штампа. 

• Формула для расчёта. Предельно длительное значение эквивалентного сцепления вычисляют по формуле:

,

где   — нагрузка на шариковый штамп (кН),   — диаметр шарикового штампа (см),   — глубина погружения штампа в грунт в конце испытания (см),   — безразмерный коэффициент (равен 1 при испытаниях до условной стабилизации деформации, 0,8 — при ускоренном режиме). 

Эквивалентное сцепление зависит от температуры грунта, времени действия и величины нагрузки: 

12. Перечислите методы определения плотности мерзлого грунта

Методы определения плотности мерзлого грунта:

• Метод режущего кольца. Заключается в отборе пробы грунта с помощью кольца-пробоотборника, измерении его объёма и массы, а затем расчёте плотности. normativ.kontur.ru +1

• Метод взвешивания в нейтральной жидкости. Применяется для тонкодисперсных грунтов с тонкослоистой, мелкосетчатой криогенными текстурами. Образец взвешивают в воздухе, затем погружают в нейтральную жидкость (керосин, лигроин и др.) и взвешивают снова. Плотность рассчитывают с учётом разницы масс и плотности жидкости. work.zabgu.ru +1

• Радиоизотопные методы. Используют гамма-излучение для измерения плотности в условиях естественного залегания. В настоящее время практически не применяются из-за опасности для окружающих и сложности хранения радиоактивных изотопов. 

Пример: плотность сухого песка — около 1500 кг/м³, а мёрзлого глинистого грунта с льдом — до 2200 кг/м³.

13. Чем отличается модуль упругости от модуля общей деформации?

• Модуль упругости ( ) — параметр упругости и мера жёсткости грунта. Определяется как отношение напряжения вдоль оси к деформации вдоль этой оси в диапазоне упругого поведения грунта. Модуль упругости всегда больше модуля общей деформации. Он определяется из испытаний образцов грунта при их упругом поведении, которое имеет место при разгрузке. Определяют при разгрузке: нагрузили образец, потом сняли вес и замеряли, насколько он восстановился.

• Модуль общей деформации ( ) — характеристика линейной взаимосвязи приращений давления и деформаций грунта, с использованием допущений работы грунта как упругого тела. Учитывает как упругие, так и остаточные деформации. Находится из испытаний по ветви нагружения. Используется для расчёта оснований по деформациям, особенно при поэтапном нагружении в процессе строительства без фазы разгрузки. Определяют при нагружении: постепенно давят на образец и замеряют, как он сжимается.

Главное:  . Упругость всегда выше, потому что она не учитывает «поломки» структуры грунта.

14. Перечислите типы связей в мерзлых грунтах

• Криогенные структурные связи. Возникают в дисперсных и трещиноватых скальных грунтах при отрицательной температуре в результате цементирования льдом. 

• Кристаллизационные (жёсткие) связи. Более характерны для скальных грунтов. 

• Водноколлоидные (пластичные, вязкие) связи. Преобладают в глинистых грунтах. 

15. Как влияет криотекстура мерзлого грунта на сопротивление сдвигу?

Криотекстура — это расположение льда в грунте: где и как он залегает. От этого зависит, насколько грунт устойчив к сдвигу (например, когда фундамент пытается «съехать» вбок).

• Массивная текстура (лёд равномерно «размазан» по грунту) — самая прочная. Лёд крепко цементирует все частицы.

  • Пример: кусок льда с песком внутри — очень твёрдый.

• Слоистая текстура (лёд в виде тонких прослоек) — слабее. Сдвиг идёт вдоль ледяных слоёв, как по льду на дороге.

  • Пример: стопка блинов, смазанных маслом — легко разъезжается.

• Ячеистая текстура (лёд образует «соты») — промежуточная прочность. Зависит от толщины стенок между ячейками.

  • Пример: пенопласт: если стенки толстые — держит хорошо, если тонкие — ломается.

16. Как влияет T^o мерзлого грунта на сопротивление сдвигу?

Чем ниже температура мерзлого грунта, тем крепче структурные связи. Это связано с уменьшением содержания незамерзшей воды и соответственно с преобладанием кристаллизационных связей

17. Как зависит скорость приложения нагрузки на сопротивление мерзлых грунтов сдвигу?

при увеличении скорости приложения нагрузки сопротивление возрастает. Это связано с тем, что при быстром воздействии нагрузки грунт не успевает проявлять пластические свойства — деформироваться и перераспределять напряжения. Медленная нагрузка (постепенное давление в течение часов/дней): грунт начинает «ползти», лёд и замёрзшая вода текут, сцепление ослабевает. Сопротивление снижается. при строительстве важно учитывать, как быстро будет прикладываться нагрузка. Для мгновенных ударов грунт прочен, для долгой эксплуатации — нужно считать «ползучесть»

18. Как влияет дисперсность мерзлых грунтов на их сопротивление сдвигу?

19. Перечислите механизмы деформирования льда

Дисперсность — это размер частиц грунта: от крупных камней до мельчайшей глины. Чем мельче частицы, тем выше дисперсность.

• Крупнозернистые грунты (гравий, галька): между камнями мало льда, сцепление слабое. При сдвиге камни просто скользят друг по другу.

• Среднезернистые грунты (песок): частицы мельче, льда между ними больше. Лёд «склеивает» песчинки — сопротивление сдвигу высокое.

  • Пример: мёрзлый песок держит форму, как плотный снег: чтобы сломать кусок, нужно приложить усилие.

• Мелкозернистые грунты (суглинок, глина): очень мелкие частицы, много пор с незамёрзшей водой. Эта вода работает как смазка — грунт легче сдвигается.

  • Пример: замёрзшая глина: если надавить, она не треснет, а начнёт медленно «течь».

Порядок прочности (от самого прочного к самому слабому): песок > суглинок > глина > гравий/галька.

20. Как определить плотность методом вытеснения нейтральной жидкости?

Обвязанный нитью образец грунта взвешивают.

Затем образец взвешивают, погрузив его в нейтральную жидкость. Взвешивание производят в соответствии с указаниями 10.3.4.

Обработка результатов

Плотность грунта   , г/см   , вычисляют по формуле

 , (5)

где   - масса образца (до погружения), г;

 - результат взвешивания образца в нейтральной жидкости - разность масс образца и вытесненной им жидкости, г;

 - плотность нейтральной жидкости при температуре испытаний, г/см   

21. В чем проявляются реологические свойства мерзлых грунтов?

Реология – это наука, изучающая поведение тел (грунтов) во времени при действии на них (грунтов) нагрузок (напряжений).

Мерзлые грунты обладают ярко выраженными реологическими свойствами, которые проявляются в виде ползучести (деформирования во времени даже при постоянном напряжении), снижении прочности во времени, релаксации напряжений.

Реологические свойства грунтов подразделяются на:

–ползучесть;

–релаксацию напряжений;

–длительную прочность.

22. Что такое теплота фазовых превращений?

Проще говоря, теплота фазовых превращений — это количество тепла, которое нужно добавить или отнять, чтобы вещество перешло из одного состояния в другое (например, из твёрдого в жидкое или из жидкого в газообразное), не меняя при этом температуры.

23. Чем отличается удельная теплоемкость от объемной теплоемкости?

Количество теплоты, которое необходимо для того чтобы нагреть единицу объема грунта на 1 градус – ОБЪЕМНАЯ

Количество теплоты, которое необходимо для того чтобы нагреть единицу массы грунта на 1 градус – УДЕЛЬНАЯ

24. Перечислите стадии ползучести мерзлых грунтов

• Стадия 1. Условно‑мгновенная и затухающая ползучесть (начальная). сразу после приложения нагрузки грунт резко деформируется (как будто слегка «проседает»), а затем скорость деформации быстро снижается. Грунт как бы «привыкает» к нагрузке.

• Скорость деформации: высокая в самом начале, затем резко падает.

2. Стабильная (установившаяся) ползучесть (вторичная)

• Что происходит: грунт продолжает деформироваться, но уже с постоянной (и довольно низкой) скоростью. Деформация идёт равномерно, день за днём.

• Скорость деформации: низкая и стабильная.

Стадия 3. Прогрессирующая (незатухающая) ползучесть (третичная), завершающаяся разрушением

• Что происходит: скорость деформации начинает резко расти. Грунт уже не может «удерживать» нагрузку: связи разрушаются быстрее, чем успевают восстановиться. В итоге наступает разрушение — грунт «течёт», фундамент «съезжает», склон оползает.

• Скорость деформации: сначала постепенно, а затем лавинообразно увеличивается.

Краткий итог

Стадия	Скорость деформации	Что происходит	Пример
1. Начальная (затухающая)	Резкий рост → быстрое падение	Грунт «проседает» и «привыкает»	Ящик на снегу резко провалился на 5 см, потом остановился
2. Стабильная	Низкая и постоянная	Равномерное «сползание»	Ящик опускается на 1 мм/день несколько недель
3. Прогрессирующая	Резкий рост → разрушение	Грунт теряет прочность, разрушается	Ящик резко проваливается сквозь снег/лёд

25. Первый закон Фурье

Амплитуда колебания температуры экспоненциально убывает с глубиной с сохранением периода колебаний. Это происходит потому, что Аt грунта постепенно уменьшается, грунт не успевает прогреваться. Закон говорит: тепло всегда течёт от горячего к холодному, и чем сильнее разница температур и чем лучше материал проводит тепло, тем больше тепла пройдёт через него.

26. Второй закон Фурье

Распространение колебаний температуры в горные породы с глубиной происходит их запаздывание во времени и постепенное затухание. При анализе результатов t наблюдений в скважинах, можно заметить, что в самом жарком месяце не наблюдается макс. полож. t , а наблюдается она в августе, спустя 1 месяц. Также это наблюдается и макс. отриц. t, которая фиксируется не в самом холодном месяце-январе, а спустя месяц в феврале. Второй закон Фурье объясняет, как распределяется тепло внутри материала с течением времени:

• показывает, насколько быстро прогревается или остывает тело;

• зависит от свойств материала (температуропроводности) и начальной неравномерности температуры;

27. Третий закон Фурье

Чем больший период колебания температуры, тем на большую глубину они проникают. Суточные колебания затухают на глубине 1 м, Годовые затухают на 10-12 (20м). Шахта Шергина.

28. Ограничение применения законов Фурье

Засоленные обводненные грунты сильно неоднородные грунты

29. Глубина затухания суточных колебаний температуры в 2 раза равна 40 см. На какой глубине в 2 раза уменьшится амплитуда годовых колебаний?

Теоретическая основа

Согласно законам Фурье о распространении температурных колебаний в грунте:

• амплитуда колебаний температуры с глубиной уменьшается по экспоненциальному закону;

• глубина затухания (глубина, на которой амплитуда уменьшается в 2 раза) пропорциональна корню квадратному из периода колебаний.

Формула связи глубин затухания для разных периодов:

30. Из чего складывается суммарная влажность мерзлого грунта?

Суммарная влажность мёрзлого грунта — это отношение массы всех видов воды, содержащихся в мёрзлом грунте, к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы

Wtot = Wi+ Wic(лед) + Ww(незамер. Вода)

Где:

•  Wi влажность за счёт ледяных включений (прослои, линзы, прожилки льда). Это крупные скопления льда в толще грунта.

•  — Wic(лед) влажность за счёт порового льда (льда‑цемента). Лёд, заполняющий мелкие поры между частицами грунта.

•  — Ww(влажность за счёт незамёрзшей воды. Вода, остающаяся в жидком состоянии при отрицательных температурах (из‑за сорбционных сил, солей, капиллярных эффектов).

Эта формула показывает физический состав влажности — из каких форм воды она складывается. Используется для анализа криогенной текстуры грунта и прогнозирования его поведения (пучение, просадки).

31. Для какого грунта температура переохлаждения ниже: глинистого или песчаного? Почему?

Глинистый грунт промерзает меньше, чем песок или скальный. Это связано с физически связанной водой в порах глинистых грунтов. Вода находится под давлением, поэтому замерзает при температуре ниже нуля. Учитывая высокую теплоемкость воды, процесс растягивается во времени. Песок легко пропускает воду, поэтому мерзнет быстрее.

32. Допускается ли проектирование автомобильных и железных дорог в выемках при I принципе строительства? Почему?

1 принцип- сохранение ммг в процессе строительства и в течении всего периода эксплуатации, или с допущением их промораживания в период строительства

Проектирование автомобильных и железных дорог в выемках при I принципе строительства (сохранение мёрзлого состояния грунтов) допускается, но с ограничениями.

Когда допускается:

• если грунты не сжимаются при оттаивании — не деформируются, сохраняют прочность;

• если заранее оттаять и уплотнить грунт на участке выемки до начала строительства.

Что нужно сделать, чтобы построить выемку по I принципу:

1. Провести инженерно‑геологические изыскания — изучить состав, льдистость, температуру грунтов.

2. Выполнить теплотехнические расчёты — убедиться, что грунт останется мёрзлым.

3. Применить меры защиты от оттаивания:

   • теплоизоляцию;

   • водоотвод;

   • ветрозащитные экраны;

   • сезонные охлаждающие устройства.

4. Вести работы зимой — чтобы минимизировать нагрев грунта.

5. Организовать геотехнический мониторинг — следить за температурой и осадками грунта во время строительства и эксплуатации.

33. Перечислите процессы, происходящие в промерзающем слое грунта

Разберу, как перечисленные процессы связаны с промерзанием грунта — коротко и по делу:

1. Морозное выветривание Происходит из‑за многократного замерзания и оттаивания воды в трещинах пород. При замерзании вода расширяется на 9 %, давит на стенки трещин — и постепенно разрушает породу, дробит её на обломки. Особенно активно на склонах и в горных районах.

2. Растрескивание (морозобойные трещины) Возникает из‑за температурных напряжений: при сильном охлаждении мёрзлый грунт сжимается неравномерно. В однородных грунтах образуются параллельные трещины, которые затем разбиваются поперечными — получаются полигоны (8–20 м в поперечнике). В трещины попадает вода, замерзает — формируются ледяные клинья.

3. Солифлюкция Это медленное вязкопластичное сползание переувлажнённого грунта по склону в период оттаивания. Когда верхний слой оттаивает, он насыщается водой (в т. ч. за счёт таяния льда внутри породы), становится тяжёлым и вязким и под действием силы тяжести сползает по поверхности мёрзлого слоя. Образуются «языки», полосы, террасы (шириной до 100 м и высотой уступа до 5 м).

4. Термокарст Развивается при вытаивании подземных льдов (жильных, пластовых, линзообразных). Из‑за потепления или техногенного воздействия (снятие растительного покрова, строительство) глубина оттаивания увеличивается — лёд тает, грунт проседает. Образуются воронки, западины, «блюдца», котловины, термокарстовые озёра. Если озеро достаточно большое, процесс может стать необратимым.

5. Пучение (морозное пучение) Происходит при промерзании влажных дисперсных грунтов. Вода в порах замерзает и расширяется, а к фронту промерзания подтягивается новая влага из талых слоёв. Грунт неравномерно вспучивается. В закрытой системе (без подтока воды) пучение небольшое, в открытой — может достигать десятков процентов от глубины промерзания. Формируются бугры пучения, в т. ч. крупные (пинго, булгунняхи — до 30–40 м высотой).

6. Наледи Образуются из‑за роста гидростатического давления в водной системе при промерзании: поток воды сужается, давление растёт — вода прорывается на поверхность и замерзает. Чаще всего — в речных долинах. Наледи могут быть огромными (десятки км², толщина льда до 8–10 м). Препятствуют эксплуатации дорог, аэродромов и других сооружений.

Коротко о связи процессов: Все они — криогенные (мерзлотные), то есть развиваются в условиях сезонного или многолетнего промерзания/протаивания грунтов. Запускаются перепадами температуры, зависят от влажности, льдистости, рельефа и часто усиливаются человеческой деятельностью. Вместе формируют характерный мерзлотный рельеф: полигоны, бугры, террасы, озёра, наледи и т. д.

34. Перечислите процессы, происходящие под промерзающим слоем грунта

• Происходит миграция воды к фронту промерзания и там замерзает, из‑за чего может усиливаться морозное пучение вышележащих слоёв. В грунте растёт давление: если воде некуда уйти, она может прорваться на поверхность и образовать наледи. уплотнение грунта — из‑за оттока воды нижележащие талые слои теряют влагу и становятся плотнее;

• подтаивание подземных льдов — при локальных потеплениях лёд в глубине начинает таять, что может запустить термокарст (просадки грунта, воронки);

• рост давления — из‑за промерзания сужается поток воды, давление растёт, и вода может прорваться на поверхность, образуя наледи;

• закладка морозобойных трещин — температурные напряжения провоцируют трещины, которые могут распространяться вглубь.

По сути, промерзание верхнего слоя запускает цепочку изменений ниже: миграцию влаги, уплотнение, частичные фазовые переходы, рост давления и деформацию грунта — всё это взаимосвязано и зависит от влажности, состава грунта и климата.

35. Принцип выделения ключевых участков

Ключевой участок - это участок территории инженерно-геологического картирования, выбранный для проведения комплексных детальных исследований с целью получения данных для экстраполяции на всю изучаемую площадь (или на ее часть). Метод ключевых участков основан на изучении существующих закономерных связей между составом, свойствами, состоянием горных пород и внешним обликом поверхности, сложенной данными породами. 

36. Типы таликов в криолитозоне

Сквозные талики — участки талого грунта, которые пронизывают всю толщу многолетнемёрзлых пород насквозь: сверху донизу они состоят из оттаявшего материала, а мёрзлые породы ограничивают их только по бокам. Часто образуются под озёрами, реками или в местах с усиленным тепловым воздействием (например, из‑за тёплой воды или техногенных факторов).

Несквозные (ложные) талики — участки талого грунта, не прорезающие всю мёрзлую толщу: снизу они подстилаются мёрзлыми породами, то есть имеют «мёрзлое основание». Такие талики могут возникать, например, в верхней части мёрзлой толщи из‑за локального прогрева (толстый снежный покров, солнечная радиация) или сезонного оттаивания, но глубже грунт остаётся мёрзлым.

37. Перечислите способы предварительного протаивания грунтов при II принципе их использования в качестве основания

При использовании многолетнемёрзлых грунтов (ММГ) по принципу II (в оттаянном или оттаивающем состоянии) предварительное (предпостроечное) протаивание проводят с применением следующих способов:

Поверхностное или радиальное электрооттаивание — использование электрических методов для передачи тепла в грунт. Это может включать применение глубинных электродов трёхфазного тока, токов высокого напряжения или высокой частоты. 

Парооттаивание — прогрев грунта с помощью пара. Может осуществляться с использованием открытых игл или циркуляционных систем. 

Гидрооттаивание — применение воды (с естественной температурой или подогретой) для протаивания. Включает методы с использованием гидроигл, дождевания, брызгального орошения, фильтрационного потока. 

Использование других источников тепла — например, естественных источников тепловой энергии (солнечная радиация), подогретой воды или других технологических решений. Выбор способа зависит от климатических и мерзлотно-грунтовых условий площадки, свойств грунтов, производственных возможностей и сроков строительства. 

38. Перечислите способы прокладки магистральных трубопроводов в криолитозоне

В криолитозоне (зоне распространения многолетнемёрзлых грунтов) применяют три основных способа прокладки магистральных трубопроводов: подземный, наземный и надземный. Выбор метода зависит от температуры транспортируемого продукта, типа местности, инженерно-геологических условий и технико-экономического обоснования. 

Подземный способ

Трубопровод укладывается ниже планировочной отметки земли, в теле грунта. Может осуществляться двумя методами:

• Открытый способ — с вскрытием грунта и устройством траншеи. Включает разработку траншеи на расчётную глубину, выравнивание дна, укрепление стен траншеи, отсыпку песчаной подушки под трубопроводом и обратную засыпку траншеи. 

• Бестраншейный способ — с использованием методов прокола, продавливания или горизонтально-направленного бурения. 

2. Наземный — на поверхности земли в защитной обваловке из грунта. Используется на заболоченных участках или с пересечённым рельефом, но менее надёжен: летом труба может погружаться в грунт, зимой — обледеневать.

3. Надземный — на опорах высотой от 0,5 м. . Опоры могут иметь заглублённые (свайные и столбчатые) или поверхностные фундаменты (грунтовые призмы, железобетонные короба и т. д.)

39. Перечислите способы обеспечения устойчивости при дорожном строительстве в криолитозоне

Способы обеспечения устойчивости при дорожном строительстве в криолитозоне (коротко):

1. Термостабилизация грунтов — установка термосифонов (термостабилизаторов), которые зимой охлаждают грунт и поддерживают его в мёрзлом состоянии.

2. Теплоизоляция — укладка материалов с низкой теплопроводностью (пенополистирол и т. п.) под насыпь или у подошвы откосов, чтобы снизить приток тепла к грунту.

3. Дренаж — устройство канав и дренажных систем для отвода воды, предотвращения подтопления и развития термокарста.

4. Армирование грунтов:

• геосинтетические материалы (георешётки) для защиты откосов от эрозии;

• вертикальные столбы из щебня — повышают несущую способность и работают как дренаж.

5. Замещение грунтов — замена слабых, сильнольдистых грунтов на устойчивые материалы (щебень, песок).

6. Регулирование водно‑теплового режима:

• снегоочистка — усиливает промерзание грунта зимой;

• солнцеосадкозащитные навесы — защищают от солнечной радиации и осадков;

• светоотражающая окраска поверхностей — снижает нагрев.

7. Геотехнический мониторинг — контроль температуры, влажности и деформаций грунта с помощью датчиков и стационарных постов, чтобы вовремя заметить проблемы.

8. Конструктивные решения:

• устройство упорных валиков (в т. ч. армированных геосинтетикой) для предотвращения расползания насыпи;

• строительство в зимний период — минимизирует оттаивание мёрзлых грунтов.

40. Особенности проведения буровых работ при изысканиях в криолитозоне

Во‑первых, бурение осложняется высокой прочностью мёрзлых пород — особенно при низких температурах. Иногда требуется предварительное оттаивание или применение специального оборудования с усиленным буровым инструментом.

Во‑вторых, важно сохранить естественное состояние грунта: быстрое таяние керна или стенок скважины искажает данные о свойствах мёрзлого грунта. Поэтому стараются работать быстро и минимизировать тепловое воздействие — часто бурят зимой, когда грунт максимально стабилен.

В‑третьих, в мёрзлых грунтах часто встречаются ледяные прослойки и линзы. При бурении они могут вызывать заклинивание инструмента, обвалы стенок скважины и потерю керна. Чтобы снизить риски, используют укороченные рейсы и контролируют режим бурения.

Наконец, после бурения критически важно правильно зафиксировать состояние керна и скважин: отмечают льдистость, текстуру, температуру, наличие талых зон. Для замера температуры устанавливают термометрические датчики прямо в скважине.

41. Задачи геофизических исследований при изысканиях в криолитозоне

Их главные задачи — определить глубину и мощность мёрзлой толщи, выявить границы мёрзлых и талых грунтов, а также обнаружить подземные льды, талики и зоны повышенной льдистости. Геофизика помогает картировать криогенные процессы (термокарст, пучение, солифлюкцию) и оценить их активность.

42. Особенности отбора, упаковки, хранения и транспортировки образцов при изысканиях в криолитозоне

Монолиты сразу после отбора должны быть ориентированы (отмечают верх монолита).

Горные выработки для отбора образцов мерзлого грунта необходимо проходить без предварительного протаивания грунта и при условии предохранения места отбора образцов от протаивания и подтока надмерзлотных вод.

Образцы мерзлого грунта необходимо отбирать при отрицательной температуре

окружающего воздуха, а в теплое время года - при условии их немедленной теплоизоляции и доставки в хранилище с отрицательной температурой воздуха.

Для отбора образцов мерзлого грунта бурение скважин следует вести укороченными рейсами (0.2-0.5 м) с пониженным числом оборотов бурового инструмента (20-60 об/мин) для недопущения оттаивания монолитов мерзлого грунта; допускается вести бурение с продувкой холодным воздухом, охлажденным до отрицательной температуры.

43. Как изменяется направление действия основных сил при эксцентриситете нагрузки при расчете несущей способности столбчатого фундамента?

При эксцентриситете нагрузки направление действия основных сил при расчёте несущей способности столбчатого фундамента изменяется. Эксцентриситет — это смещение равнодействующей всех нагрузок относительно центра тяжести подошвы фундамента. Это смещение приводит к неравномерному распределению давления под подошвой и изменению характера действующих сил

Ограничения по эксцентриситету зависят от типа грунта и конструкции фундамента. Например, в СП 26.13330.2012 указано, что эксцентриситет, как правило, не должен превышать 3% размера стороны подошвы для грунтов с расчётным сопротивлением ≤ 150 кПа, а для грунтов с большим сопротивлением или свайных фундаментов из висячих свай — 5%. 

44. Какие исходные данные необходимы для определения осадки оттаивающего в процессе эксплуатации основания?

• Коэффициент оттаивания (Ath) — характеризует относительную осадку грунта при оттаивании в условиях отсутствия внешней нагрузки. Определяется по результатам полевых испытаний мерзлых грунтов горячим штампом или лабораторных испытаний в компрессионных условиях. geoinfo.ru +1

• Коэффициент сжимаемости (mth) — используется для расчёта деформации при уплотнении грунта после оттаивания. Рассчитывается как обратная величина одометрического модуля деформации. geoinfo.ru +1

• Модуль деформации (E) — может использоваться в некоторых методиках расчёта. 

Параметры нагрузки и напряжения:

• вертикальное напряжение от собственного веса грунта (σzg,i) в середине каждого слоя; meganorm.ru +2

• дополнительное давление на грунт от веса сооружения (σp); 

• Толщина слоёв грунта (hi) — мощность каждого оттаивающего слоя, на которые разбивается расчётная глубина оттаивания. meganorm.ru +2

• Расчётная глубина оттаивания (H) — минимальная глубина сжимаемой толщи, в пределах которой рассчитываются деформации. 

нормативных документах (например, СП 25.13330.2012, СП 25.13330.2020).

45. Какие исходные данные необходимы для расчета глубины сезонного протаивания?

Wp, Wl, Wtot, Dsal, T, pf

1. Теплофизические характеристики грунта:

   • коэффициент теплопроводности грунта в талом и мёрзлом состояниях (λth и λf, Вт/(м·°C)); 

   • объёмная теплоёмкость грунта в талом и мёрзлом состояниях (Cth и Cf, ккал/м³·°C или кДж/(м³·°C)); 

   • удельная теплоёмкость породы (C, ккал/кг·°C); 

   • удельная теплота плавления льда (обычно принимается равной 80 000 ккал/т). 

2. Гидрогеологические и грунтовые параметры:

   • естественная влажность грунта (wtot, в долях единицы); 

   • весовое содержание незамёрзшей воды (ww, в долях единицы); 

   • плотность сухого грунта (ρd, т/м³); 

   • литологический состав пород (тип грунта — пески, суглинки, супеси и т. д.); 

   • мощность снежного покрова и других изолирующих покровов. 

46. Как влияет сооружение холодного подполья на глубину сезонного оттаивания?

Холодное подполье незначительно влияет на глубину сезонного отттаивания. Здесь внутренняя температура равна наружной. олодное подполье, особенно с системой вентиляции, способствует снижению температуры грунта в основании здания и уменьшению глубины его оттаивания по сравнению с естественными условиями

47. Чем отличается объемная льдистость от суммарной льдистости?

Объемная льдистость Lv– отношение в процентах или долях единицы объема льда, содержащегося в грунте, к объему мерзлого грунта. 

Обычно учитывают какой‑то один компонент, например:

• лёд‑цемент (связывает частицы грунта);

• поровый лёд;

• сегрегационный лёд (прослойки и линзы).

Суммарная льдистость- отношение всех видов содержащегося льда к объему мерзлого грунта( за счет ледяных включений и за счет порового льда)

48. Для определения каких величин используется метод горячего штампа?

Горячий штамп — это круглый плоский прибор с обогревом. Его устанавливают на грунт, нагревают (чтобы вызвать оттаивание) и одновременно нагружают ступенями давления. В процессе фиксируют:

• глубину оттаивания под штампом;

• осадку штампа при разных нагрузках;

• температуру грунта.

Результаты оформляют в виде графиков «осадка–нагрузка», по которым и рассчитывают нужные параметры.

49. Какой процент несущей способности сваи обеспечивается за счет реакции мерзлого грунта под нижним концом сваи?

Формула для расчёта несущей способности висячей сваи (по СП 24.13330.2021):

,

где:

•  — несущая способность сваи, кН;

•  — коэффициент условий работы сваи в грунте;

•  — коэффициент условий работы под нижним концом сваи;

•  — расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа (принимается по таблице 7.2 СП 24.13330.2021);

•  — площадь опирания сваи, м²;

•  — наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

•  — коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности;

•  — расчётное сопротивление  -го слоя грунта на боковой поверхности сваи, кПа (принимается по таблице 7.3 СП 24.13330.2021);

•  — толщина  -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

50. Какой процент несущей способности столбчатого фундамента обеспечивается за счет реакции мерзлого грунта под его подошвой?

51. Поясните принцип действия холодного подполья

Холодное подполье — это пространство под зданием, которое не отапливается и имеет температуру, близкую к температуре окружающей среды, а не к температуре жилых помещений. Его конструкция и принцип действия связаны с обеспечением вентиляции, контролем влажности и защитой конструкций от негативных воздействий.

Принцип действия холодного подполья