1.7. Подземные льды и подземные воды

Подземным льдом называют лед, залегающий в вечномерзлом грунте в форме линз, слоев или жил, имеющих значительные размеры и площади распространения [7].

Подземный лед встречается в грунтах различного происхождения: болотных, озерных, аллювиальных, делювиальных, на марях, заболоченных низинах, поймах и берегах рек.

К основным причинам существования подземного льда относят растительный покров и гидрогеологический режим грунтов деятельного слоя.

При нарушении естественных условий залегания подземный лед вытаивает, что приводит к образованию локальных понижений местности, чаще всего заполненных водой [7].

Формы залегания подземных льдов, содержащихся в вечномерзлых грунтах, имеют разнообразный характер. Выделяют следующие формы подземных льдов: пластовую, когда лед залегает слоем сравнительно одинаковой мощности (от нескольких сантиметров до десятков метров); линзовую – лед имеет увеличенную в средней части мощность площадью до нескольких десятков квадратных метров; жильную – лед заполняет трещины скальных и полускальных пород небольшой мощности; клиновидную – лед заполняет морозобойные трещины на глубину до 20 м; гнездовую – лед заполняет отдельные полости в виде небольших включений; натечную – лед находится в виде отдельных кусков, глыб наземного происхождения [4].

Подземные воды встречаются в талых и сезонно-талых слоях и подразделяются на надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные. Они могут сообщаться между собой и с водоемами.

Надмерзлотные воды питаются за счет атмосферных осадков, поверхностных вод, а также более глубоких подземных вод и оттаивания подземных льдов.

Зеркало подземных вод в основном повторяет рельеф местности, движение вод направлено в сторону уклона, а поверхность вечномерзлых грунтов для них является водоупором. В условиях сливающейся мерзлоты такие воды находятся в жидком состоянии только в период сезонного оттаивания.

Режим надмерзлотных вод зависит от условий протаивания и промерзания водоносного слоя, а также количества выпавших атмосферных осадков в период таяния. Действие надмерзлотных вод как теплоносителя вызывает протаивание нижележащих слоев мерзлого грунта, более интенсивное в направлении движения потока грунтовых вод.

Межмерзлотные воды встречаются в основном в районах с деградацией мерзлоты. Существование их возможно благодаря связи с надмерзлотными и подмерзлотными водами и постоянному переносу (при движении воды) тепла в межмерзлотную талую зону. Наличие межмерзлотных вод возможно также в замкнутых таликах, если эти воды засолены и температура замерзания их понижена.

Подмерзлотные воды имеют повсеместное распространение в районах распространения вечномерзлых грунтов. Подмерзлотные воды питаются главным образом за счет просачивания надмерзлотных и речных вод через сквозные талики и трещиноватые зоны.

1.8. Глубина сезонного оттаивания грунтов

В районах распространения вечномерзлых грунтов поверхностный слой грунта подвергается сезонному оттаиванию, его относят к деятельному слою. Толщину его определяют: при оттаивании летом и промерзании зимой, но без слияния с толщей вечномерзлого грунта – глубиной зимнего промерзания; при оттаивании летом и промерзании зимой до полного слияния с толщей вечномерзлого грунта – глубиной летнего оттаивания [4].

Мощность деятельного слоя зависит от интенсивности и продолжительности прогревания поверхности и меняется от 0,2–0,3 м до 3–4 м. В одной и той же местности она неодинакова в различные годы и зависит от изменений теплоприхода в толще грунтов, вызванных интенсивностью солнечной радиации, изменениями температуры воздуха, скорости, направления и повторяемости ветра.

На глубину деятельного слоя оказывают влияние многие факторы, к которым относят экспозицию и крутизну склона, наличие растительности и ее характер, затененность местности, состав и степень влажности грунтов, мощность снежного покрова, гидрологический режим и т. д.

Сезонное оттаивание на южных склонах всегда больше, чем на северных. Снегоотложения мощностью до 1,5 м мало влияют на изменение глубины сезонного оттаивания грунтов, потому что таяние снега заканчивается еще в период отрицательных среднесуточных температур воздуха. При мощности снегоотложений более 1,5 м величина сезонного оттаивания грунта уменьшается (рис. 1.7, 1.8) [8]. Под растительным покровом протаивание всегда меньше, чем на свободных от растительности площадках. Влияет и характер растительности.

Рис. 1.7 Схематическая карта мощности сезонного оттаивания глинистых грунтов: 1 – .для оголенной поверхности; 2 – для задернованной поверхности

Рис. 1.8. Схематическая карта мощности сезонного оттаивания песчаных грунтов: 1 – для оголенной поверхности; 2 – для задернованной поверхности

Глубина сезонного оттаивания слоя неодинакова в грунтах различного состава и влажности. Наибольшей величиной протаивания характеризуются скальные щебенистые грунты, наименьшей – глинистые. Сильновлажные, насыщенные льдом грунты протаивают на меньшую глубину, чем маловлажные, потому что они обладают повышенной теплоемкостью и требуют большего количества тепла для плавления льда.

Грунтовые воды, поток которых в фильтрующих грунтах способствует лучшему теплообмену, увеличивают глубину оттаивания. Интенсивность протаивания в течение сезона неравномерна: как правило, она снижается во второй половине лета, когда уменьшается теплоприход с поверхности.

Глубину сезонного оттаивания грунтов учитывают при проектировании искусственных сооружений главным образом для определения глубины заложения фундаментов.