Большое количество заторфованных грунтов на территории Российской Федерации, особенно в Арктической зоне, обуславливает необходимость изучения их температурного режима и теплофизических свойств. В этой работе приводятся экспериментальные данные по определению пористости, теплопроводности и количества незамерзшей воды песчаных грунтов с различной степенью содержания торфа. Экспериментальные исследования проводились на образцах с нарушенной структурой, которые были представлены слаборазложившимся торфом, среднезернистым речным песком и их различными смесями. Установлено, что степень заторфованности влияет на такие физические величины, как пористость, теплопроводность и количество незамерзшей воды. Для талых заторфованных песчаных грунтов при увеличении степени заторфованности значение пористости увеличивается. Как для талых, так и для мерзлых заторфованных песчаных грунтов теплопроводность с увеличением степени заторфованности уменьшается. При этом теплопроводность для мерзлых грунтов выше, чем для талых. Количество незамерзшей воды также зависит от степени заторфованности грунта и при ее увеличении уменьшается. Измеренные теплофизические свойства заторфованного песчаного грунта могут быть использованы при моделировании температурного режима в зоне распространения мерзлых и талых торфяных грунтов.
The large amount of peaty soils on the territory of the Russian Federation, especially in the Arctic zone, necessitates the study of their temperature regime and thermophysical properties. The paper presents the results of an experimental study of the thermal conductivity and amount of unfrozen water in sandy soils with varying degrees of peat content. Experiments were carried out on samples with a damaged structure, which were represented by slightly decomposed peat, medium-grained river sand and their various mixtures. It has been established that the degree of peat content affects such physical values as porosity, thermal conductivity and the amount of unfrozen water. For thawed peaty sandy soils, as the degree of peat content increases, the porosity value increases. For both thawed and frozen peaty sand soils, thermal conductivity decreases with increasing degree of peat content. Moreover, the thermal conductivity for frozen soils are higher than for thawed soils. The amount of unfrozen water also depends on the degree of peat in the soil and decreases as it increases. The measured thermophysical properties of peaty sand soil can be used to model the temperature regime in the area of frozen and thawed peat soils.

Исследование направлено на решение актуальной проблемы стабилизации температурного режима площадок строительства и эксплуатации инженерных сооружений в условиях криолитозоны Республики Саха (Якутия) и изменяющегося климата. Применяемый в настоящий момент метод охлаждения грунта с помощью сезонно действующих охлаждающих устройств требует, при всей его эффективности, продолжительного времени воздействия и значительно задерживает сроки строительства, что в ряде случаев неприемлемо. С целью оценки эффективности и перспективности технологии быстрой заморозки грунта с применением твердого диоксида углерода (сухой лед) для охлаждения вечномерзлых грунтов был выполнен натурный эксперимент. Для проведения эксперимента был оборудован полигон на одной из строительных площадок г. Якутска с обустройством охладительной и термометрических скважин. Во время эксперимента велась регистрация температурного поля грунта и температуры внутри охладительной скважины. В результате проведенных экспериментов получены фактические данные по распределению температуры в грунте в зависимости от температуры и расстояния от охладительной скважины в процессе охлаждающего воздействия и после него. Полученные результаты дают основания для оценки испытанной технологии как перспективной в условиях многолетнемерзлых грунтов Якутии.
The study is aimed at solving the urgent problem of stabilizing the temperature regime of construction sites and operation of engineering structures in the permafrost zone of the Republic of Sakha (Yakutia) and a changing climate. The currently used method of soil cooling using seasonally operating cooling devices, despite its effectiveness, requires a long exposure time and significantly delays construction time, which in some cases is unacceptable. In order to evaluate the effectiveness and prospects of the technology of rapid soil freezing using solid carbon dioxide (dry ice) for cooling permafrost soils, a full-scale experiment was carried out. To conduct the experiment, a test site was equipped at one of the construction sites in Yakutsk with the installation of cooling and thermometric wells. During the experiment, the temperature field of the soil and the temperature inside the cooling well were recorded. As a result of the experiments, actual data were obtained on the distribution of temperature in the soil depending on the temperature and distance from the cooling well during the cooling effect and after it. The results obtained provide grounds for assessing the tested technology as promising in the conditions of permafrost soils in Yakutia.

Интенсификация промышленного освоения месторождений полезных ископаемых - одна из основных причин загрязнения окружающей среды. Продвижение промышленного производства в северные регионы страны поставило новые задачи, связанные с проблемой захоронения дренажных рассолов в многолетнемерзлые породы криолитозоны. В попытках решения этой проблемы возникла необходимость в изучении процесса взаимодействия рассолов и мерзлых пород. В работе представлены результаты математического моделирования инфильтрации высокоминерализованного раствора, аналогом которого являются дренажные рассолы, в мерзлый массив горной породы. Разработанная математическая модель инфильтрации высокоминерализованного раствора позволяет учитывать его поступление как за счет вымывания солей с территории рудного склада (I), так и из естественного пруда-отстойника (II), расположенного на удалении от бровки уступа карьера. При расчетах учитываются условия термодинамического равновесия льда с высокоминерализованным раствором, которые обеспечивают его плавление и соответствующее разбавление раствора. А также изменения фазового объема рассматриваемой системы высокоминерализованный раствор - поровый лед (появление воздушной депрессии), вызванной плавлением льда. Использованы модели фильтрации в средах с переменной пористостью. Модель позволяет рассчитывать зоны удаления порового льда в горном массиве в соответствии с траекториями течения рассола в породе.

Свойства мерзлых грунтов определяются многими факторами и существенно зависят от температуры, влажности, гранулометрического состава, насыпного веса и т.д. Для выяснения характера деформирования и разрушения образцов мерзлых грунтов, отобранных с берегов техногенного озера, образованного на дне отработанного карьера "Интернациональный", были проведены исследования их основных физико-механических свойств и испытания на одноосное сжатие искусственно изготовленных образцов кубической формы с ребром 100 мм. Проведенные испытания показали, что в исследуемом грунте отсутствуют легкорастворимые соли, но в незначительном количестве присутствуют среднерастворимые (загипсованность 1,12 %). Ввиду незначительного содержания солей замораживание образцов происходит при минимальной отрицательной температуре. Прочность мерзлых образцов значительно увеличивается с понижением температуры, однако при нижнем и верхнем пределе пластичности практически не отличается. Получены линейные зависимости прочности мерзлых грунтов, отобранных со дна карьера ҺИнтернациональныйһ, от температуры при различной влажности. В мерзлом состоянии при температуре -3 °C и влажности 16 % средняя прочность искусственно изготовленных образцов составляет 2,34 МПа, а при влажности 26 % - 2,93 МПа. С дальнейшим понижением температуры до -5 °C средняя прочность образцов породы возрастает до 4 МПа, а при температуре -10 °C средняя прочность образцов породы достигает 7 МПа. Определено, что при температуре ниже -7 °C исследуемые грунты переходят в разряд скальных грунтов малой прочности.

В сборнике рассматриваются результаты исследований работы охлаждающих устройств, используемых для замораживания и понижения температуры вечномерзлых грунтов с целью повышения их несущей способности. Описываются конструкции сезоннодействущих охлаждающих устройств различных типов, даются расчетные схемы по формированию температурных полей вокруг этих устройств. Показаны возможности их использования

Рассмотрены природные воздействия с различной энергетикой на земную поверхность, определяющие свойства грунтов осваиваемой территории и ключевые подходы к районированию ее пригодности для строительства проектируемых объектов. Показано, что главные природные факторы - температурный, климатический и тектонический - в разных сочетаниях формируют различные инженерно-геологические условия. Учитывая диапазоны характерных значений природных факторов, проанализированы возможные факторные сочетания, формирующие все типы литогенных и криолитогенных формаций и отражающие генетическое разнообразие различных инженерно-геологических условий.