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.

Одним из эффективных способов защиты от протаивания подземных горных выработок шахт и рудников Севера, эксплуатирующихся в знакопеременном или положительном тепловых режимах, является применение в том числе теплозащитных набрызгбетонных покрытий с легким наполнителем. В статье приведены результаты исследований на основе разработанной методики и программного комплекса по прогнозу динамики и особенностям формирования теплового режима в горных выработках золотороссыпной шахты криолитозоны закрепленных металлической и комбинированной теплозащитной набрызгбетонной крепью. Выполнены прогнозные расчеты параметров теплового режима выработок, представленных в графическом виде. Сделаны выводы, что теплозащитная крепь толщиной до 10 см не обеспечивает защиту горных выработок от растепления, и для предотвращения этого необходимо применение более совершенных крепей и регулирование теплового режима в шахте в летний период. В случае консервации шахты на летний период применение теплозащитного набрызгбетона позволит сместить срок консервации шахты на начало июня, тем самым продлив добычной сезон. Подчеркивается, что тепловой режим является основным фактором, определяющим условия работы горнодобывающего предприятия - круглогодичные или с консервацией на летний период, которые определяются технико-экономическим расчетом. Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки РФ (тема № 0297-2021-0021, ЕГИСУ НИОКТР N 122011800083-0) с использованием (прибора, приборной базы, инфраструктуры и др.) ЦКП ФИЦ ЯНЦ СО РАН в рамках реализации мероприятий по гранту N 13.ЦКП.21.0016.
One of the effective ways to protect underground mines in mines of the North, operating in alternating or positive thermal conditions, from thawing is the use of heat-protective sprayed concrete coatings with light filler. The article presents the results of research based on the developed methodology and software package for predicting the dynamics and features of the formation of the thermal regime in the mine workings of a gold placer mine in the permafrost zone secured with metal and combined heat-protective shotcrete support. Forecast calculations of the parameters of the thermal regime of workings presented in graphical form were carried out. It was concluded that heat-protective support up to ten centimeters thick does not protect mine workings from thawing and to prevent this it is necessary to use more advanced supports and regulate the thermal regime in the mine in the summer. If the mine is mothballed for the summer, the use of heat-protective shotcrete will allow the mine mothballing period to be shifted to the beginning of June, thereby extending the mining season. It is emphasized that the thermal regime is the main factor determining the operating conditions of a mining enterprise - year-round or with conservation for the summer period, which are determined by technical and economic calculations. The work was carried out within the framework of the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (topic No. 0297-2021-0021 of the unified state information system for recording research, development and technological work for civil purposes No. 122011800083-0) using the equipment of the Center for Collective Use of the Federal research center "Yakut Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences", grant No. 13. Center for collective use 21.0016.

В работе моделируется температурное поле массива грунтов вблизи заглубленного магистрального газопровода. Целью теплового расчета является изучение влияния его теплоизоляции на грунты и определение времени формирования предельного радиуса растепления грунтов вокруг газопровода. Теплообмен газопровода с окружающим массивом грунтов исследуется с учетом ряда сезонных факторов, оказывающих на него влияние, таких как солнечная радиация и альбедо поверхности, снежный покров, характеристики атмосферного воздуха, а также при циклических изменениях температуры транспортируемого газа. Температуры транспортируемого газа, соответствующие выбранному участку газопровода, приняты на основании тепловых расчетов газопровода. Переменные значения температур обусловлены увеличением подачи газа в магистральный газопровод в разные сроки его эксплуатации. Методом исследования является математическое моделирование. На основании результатов вычислительного эксперимента были определены ореолы протаивания-промерзания и температуры грунтов оснований на выбранном участке магистрального газопровода. Данная информация необходима для прогнозирования устойчивости грунтового основания, а следовательно, и безопасной эксплуатации газопровода. На основании полученных данных могут быть приняты технические решения (тип прокладки магистрального газопровода), обеспечивающие его надежность в процессе эксплуатации. Рассмотрены мероприятия по инженерной защите газопровода.

В настоящее время в связи с интенсивным освоением арктического побережья становится актуальным прогнозирование температурного режима мерзлых засоленных грунтов, которые используются в качестве оснований для строительства и эксплуатации сложных инженерных сооружений. Из-за большего содержания в них незамерзшей воды засоленные мерзлые грунты являются менее прочными, чем незасоленные. Засоленность грунтов оказывает большое влияние на тепломассообменные и физико-механические свойства таких грунтов. Основной вклад в изменение этих свойств вносит количество незамерзшей воды. Как известно, незамерзшая вода зависит от температуры замерзания, концентрации порового раствора и начальной влажности. В данной работе приведены результаты экспериментального определения количества незамерзшей воды в зависимости от температуры для засоленного песчаного грунта. Экспериментальные исследования были проведены на образцах речного песка, взятого на берегу р. Лены. Образцы песка увлажнялись раствором хлористого натрия, концентрация которого изменялась в пределах от 0 до 20 %, начальная влажность варьировалась от 4,2 до 20 %. Количество незамерзшей воды при различных температурах определено методом непрерывного ввода тепла, разработанным в Институте физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН. Используя полученные экспериментальные данные, выведена формула, позволяющая рассчитать количество незамерзшей воды при любом изменении начальной влажности, температуры и концентрации порового раствора. Сравнение полученных расчетных данных показало хорошее совпадение с экспериментальными данными. Полученная формула применима только для засоленных песчаных грунтов.

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.

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.