Главная – Журналы – Криосфера Земли 2022 номер 3

Впервые для Лено-Алданского междуречья получены данные о температуре горных пород до глубины 650 м по скважине с восстановившимся тепловым режимом. Геотермическими измерениями установлена аномальная для территории мощность многолетнемерзлой толщи (750-780 м). Изменение температуры пород с глубиной отражает нестационарный современный режим мерзлой толщи с отрицательным геотермическим градиентом до глубины 200-300 м. Оценена мощность многолетнемерзлой толщи и рассмотрены возможные причины ее отличия на относительно недалеко расположенных участках.

Показаны возможности температурного мониторинга многолетнемерзлых грунтов вблизи подземных нефтепроводов по определению глубины оттаивания под сооружениями, прогнозированию изменения температуры грунтов и времени наступления аварийной ситуации, если последняя будет иметь место в будущем. Наблюдения за температурой многолетнемерзлых грунтов проводятся в непосредственной близости от нефтепровода и на глубинах ниже подошвы слоя годовых колебаний температуры. Обработка результатов наблюдений осуществляется по предлагаемой методике.

Приведены результаты экспериментальных исследований касательных сил морозного пучения глинистых и песчаных грунтов в лабораторных условиях на трех установках, с различной скоростью одноплоскостного сдвига при постоянной нормальной нагрузке. Установки позволяли выполнять условно-мгновенный сдвиг, длительные испытания с приложением ступенчатой сдвигающей нагрузки и сдвиг с постоянной скоростью. В результате комплексных исследований установлены зависимости сопротивления сдвигу или эквивалентных ему касательных сил морозного пучения песка и суглинка от влажности (от 10 до 28 %) и температуры (от 0 до -10 °С) по металлической поверхности. Повышение влажности и понижение температуры грунта приводят к возрастанию сопротивления сдвигу грунта. Сопротивление сдвигу песка до 2 раз превышает аналогичные значения для суглинка при идентичных условиях сдвига, температуре и влажности. Возрастание влажности грунта приводит к увеличению площади контакта частиц грунта через прослойки льда с металлическим фундаментом и к увеличению числа связей между частицами в результате увеличения объема льда. Установлено, что сопротивление условно-мгновенному сдвигу до 3 раз превышает значения предельно длительного сопротивления сдвигу и сдвигу с постоянной скоростью при аналогичных термовлажностных условиях.

Аналитический обзор существующих подходов и конкретных моделей для решения задач промерзания, оттаивания и морозного пучения грунтов выполнен на основе анализа около 100 опубликованных работ российских и 100 работ иностранных авторов, включающих статьи, монографии, диссертации, патенты, труды конференций, научные отчеты. Особое внимание при анализе математических моделей уделено учету в них механизма тепло- и массопереноса, сегрегации льда, фазовых переходов поровой воды, формирования деформаций и сил морозного пучения промерзающих грунтов.

Проведен анализ различий в строении дрейфующих торосов и торосов в припае на основе информации, полученной во время исследовательских работ, проводимых Арктическим и антарктическим НИИ в 2007-2019 гг. на акваториях Карского моря и моря Лаптевых. Исследования проводились с помощью водяного бурения c записью скорости бурения на логгер. Основное внимание уделялось распределению пористости торосов и толщины консолидированного слоя. Рассмотрена неконсолидированная часть киля тороса и ее уплотнение в процессе торосообразования под действием силы Архимеда. Выявлено, что торосы в припае отличаются от дрейфующих торосов несколько меньшими геометрическими размерами, но более крутыми склонами паруса и киля, а также иным соотношением киль/парус (3.1 против 3.6). У торосов в припае пористость неконсолидированной части киля ниже, чем у дрейфующих торосов (в среднем на 6 %). Подтверждено, что постепенное уменьшение пористости неконсолидированной части киля торосов в припае связано с подледными течениями.

Одна из крупнейших селевых катастроф недавнего времени произошла в Таджикистане в 2015 г. в долине р. Барсемдара. Целью работы была оценка возможностей применения цепочки моделей для расчета характеристик селя 2015 г. Также данный подход был применен для оценки потенциальных зон затопления в случае последующих селей. Для расчета характеристик селя в очаге применялась транспортно-сдвиговая модель селеобразования, разработанная Ю.Б. Виноградовым. На ее основе получены гидрографы селевых волн, использовавшиеся в качестве входных данных для зонирования долины по глубинам и скоростям течения в модели FLO-2D. Так, для I сценария в качестве входного гидрографа использовались значения расхода передового вала (максимальный 1630 м³/с), для II сценария - расходы селя на выходе из очага (максимальный 650 м³/с). В качестве данных о рельефе применялась цифровая модель рельефа ALOS PALSAR (12.5 м). В связи с тем, что реологические данные для бассейна отсутствуют, моделирование проводилось по нескольким вариантам параметров. Смоделированные расходы селя в наиболее реалистичном варианте по I сценарию составили от 1494 до 2860 м³/с для отдельных волн. Дополнительно был проведен расчет с использованием цифровой модели рельефа, полученной авторами с беспилотного летательного аппарата во время обследования долины в 2019 г. Результаты показали, что рассматриваемый подход дает возможность оценивать границы как фактических, так и потенциальных зон затопления.

Представлены сведения о роли и вкладе выдающихся ученых - основоположников отдельных разделов мерзлотоведения академика АН СССР П.И. Мельникова, члена-корреспондента АН СССР Н.А. Цытовича, профессора Н.И. Салтыкова и кандидата технических наук В.Ф. Жукова в создание Якутской тепловой электроцентрали. Они принимали активное непосредственное участие в разработке проекта, обосновании способа строительства, в исследовании площадки размещения сооружения, установке фундаментов и наблюдениях за объектом во время его эксплуатации. Приводятся данные о состоянии грунтов в основании станции, о причинах образования таликов и их распространении с начала исследований авторов до настоящего времени. Также объясняются причины, по которым, несмотря на обилие таликов, состояние этого комплекса сооружений остается достаточно стабильным.