Течение склона. Явление солифлюкции

Явление солифлюкции или течение склона в результате процессов промерзания и оттаивания, достаточно наглядно представлено на схеме. Если взять на поверхности склона деятельного слоя точку А, то при промерзании в результате пучения она получит перемещение в точку В. Затем при оттаивании под действием сил гравитации точка В опустится и окажется в положении точки С.

Таким образом, в результате сезонного изменения температур точка А в конечном итоге переместится в точку С, т.е. возможно постепенное сползание склона.

Схема развития явления солифлюкции в деятельном слое на склонах грунта.

Такое же явление происходит и на глубине деятельного слоя, но в меньшей степени.

По данным исследований, скорость медленного сползания в горах Скандинавии в некоторых случаях составляет до 8 см в год, а иногда может достигать 30 см (на склонах с уклоном 10…30°).

Даже один и тот же склон может иметь участки поверхности с различным уклоном (см. схему). В этом случае более крутые участки склона будут иметь большую скорость (V1) сползания, по сравнению со скоростью ( V2) на более пологих участках. В результате на участках с меньшей скоростью течения склона, частицы грунта будут постепенно скапливаться, вплоть до полной остановки (горизонтальный участок с V2 =0).

Схема развития неравномерного процесса течения склона в деятельном слое грунта.

Таким образом, образуются своеобразные «волны рельефа склона», идущие вверх, в то время как солифлюкационный слой течёт вниз.

Изменение температуры в верхних слоях вечномёрзлых грунтов

Ниже глубины Н0 - амплитуды нулевых температур вечномёрзлый грунт будет находиться при постоянной отрицательной температуре ≈-4° с. Такая постоянная температура обеспечена практически на глубине ≈15 м (глубина нулевых амплитуд).

Мёрзлый грунт представляет фактически твёрдое тело. Прочность (R) мёрзлого грунта практически линейно зависит от его температуры R =f (t°C) (см. схему). При изменении температуры верхних слоёв изменится и прочность, чем выше температура, тем меньше прочность.

График изменения прочности мёрзлого грунта в зависимости от отрицательной температуры.

Просадка при оттаивании слоя вечномёрзлого грунта

Это явление у строителей является своего рода бичом. При оттаивании многолетнемерзлого грунта прочностные характеристики грунта резко падают, это явление необходимо учитывать при строительстве зданий в подобных местах.

В одном из посёлков северной экспедиции было замечено следующее явление. Прокладывали дорогу, но как только вездеход несколько раз проходил по одному месту на этом месте образовывался овраг!

В чем причина данной закономерности?

Вездеход при своём движении гусеницами срывал поверхностный слой мха. Грунт оголялся и начинал оттаивать под действием солнечных лучей (см. схему). Мох играл роль теплоизоляции, а поскольку в слое мерзлого грунта находился лёд, то при оттаивании это повлекло за собой просадку – лавинообразное развитие деформаций (см. график е = е(s)) под собственным весом (образование оврага).

Схема развития процесса просадки оттаивающего основания с характерной компрессионной зависимостью.

В лаборатории мерзлотоведения Игарской научно–исследовательской станции был поставлен такой своеобразный эксперимент (Далматов Б.Н.).

Помещение лаборатории выполнено непосредственно в мёрзлом грунте. Свет из одной лаборатории проникал через двухметровую толщу в другую лабораторию, создавая при этом некоторую освещенность. Свет проникал по прослойкам льда, отдельные включение которого составляли 20 см толщины (см. схему).

Нет сомнений, что при оттаивании такой грунт будет обладать просадочными свойствами. При проектировании зданий на подобных грунтах необходимо пользоваться «Указаниями по расчёту осадок оттаивающих и оттаявших грунтов во времени» (1967-1976 г. НИИ оснований и фундаментов).

Пример проникновения лучей света по кристаллам льда через двух метровую толщу многолетней мерзлоты.

Более подробный материал о просадках мёрзлого грунта при оттаивании можно найти в книге: Н.А. Цытович «Механика мёрзлых грунтов» М. 1973 г.