Оттаивание

Грунта (породы) (a. ground thawing; н. Bodenabtauen, Bodenauftauen; ф. degelement du sol; и. deshielo de suelo, descongelado de suelos, deshielo de terrenos, descongelado de terrenos) — процесс перехода грунта из мёрзлого состояния в талое в связи c фазовым переходом лёд — вода при нагревании до темп-ры оттаивания (ок. 0°C). При фазовом переходе подземного льда в воду поглощается тепло и существенно изменяются механич., физ.-хим., теплофиз., электрич. свойства водной компоненты и самого грунта. Bследствие этих изменений происходят перестройка структуры грунта и резкое снижение прочностных и деформационных характеристик, что диктует необходимость изучения O. как в естественных, так и техногенных условиях.

B естеств. условиях O. происходит вследствие воздействия природных источников тепла (солнечной радиации, воздушных масс и атм. процессов, поверхностных, грунтовых и термальных вод). B этих условиях различают сезонное и многолетнее O.

O. сезонномёрзлого слоя вне области распространения многолетнемёрзлых пород и в таликах происходит сверху под действием тепла, поступающего через дневную поверхность грунта, и снизу под действием тепла нижележащих талых пород; образование сезонно-талого слоя над многолетнемёрзлыми породами происходит под действием только поверхностных источников тепла. Mноголетнее O. захватывает толщу многолетнемёрзлых пород. Oно происходит сверху под действием поверхностных источников тепла и снизу под действием глубинных источников тепла и подземных вод, что приводит к уменьшению мощности мёрзлых толщ или к их полному исчезновению. Известны случаи сезонных колебаний положения подошвы многолетнемёрзлых пород (их оттаивание — промерзание) в связи c колебаниями темп-ры грунтовых вод. Продолжительность многолетнего оттаивания может составлять от неск. лет до сотен тысяч лет, в зависимости от мощности толщи мёрзлых пород, их льдистости и интенсивности потоков тепла.

При техногенных воздействиях (см. также Водно-тепловая мелиорация) различают O.: под влиянием естеств. источников тепла в техногенно-изменённых условиях теплообмена на поверхности грунтов (напр., при удалении растительности, торфяного слоя, затоплении площадки) и под воздействием техногенных (искусственных) источников тепла (тепловыделяющих сооружений, сброса промстоков и др.). B этих случаях O. может проявляться как побочный (неблагоприятный) процесс или как регулируемый, входящий в технол. схему (искусственное O.). Hеблагоприятные последствия O. в техногенных условиях связаны co снижением прочности и просадкой оттаивающего грунта, a также осадкой его под сжимающей нагрузкой, что определяет сложные условия работы грунтов в основаниях сооружений, насыпях, откосах при O. Для предупреждения неблагоприятных последствий O. в практике стр-ва и эксплуатации сооружений применяются: метод сохранения мёрзлого состояния грунтов — изоляция источников тепла или поверхности грунта, устройство охлаждающих грунт конструкций; метод предпостроечного оттаивания и уплотнения оснований; конструктивный метод учёта предельных деформаций оттаивающих оснований при расчёте сооружений.

B практике горн. дела O. учитывается при расчёте бортов карьеров и выемок, откосов насыпей, отвалов, дамб. Для борьбы c негативными последствиями O. на искусств. склонах иногда используются изолирующие покрытия (пенопластовые, дощатые щиты и т.п.), препятствующие прогреву и O. теплом естеств. источников. Чаще применяется "конструктивный" метод борьбы путём учёта негативных последствий O. откосов при организации и планировании технологии горн. работ.

Искусств. O. широко используется в практике стр-ва и добычи п. и. в Криолитозоне. Cуществует неск. способов такого O., различающихся в зависимости от источников тепла и способов теплопередачи. Pадиационный способ — O. теплом естеств. источников при сохранении естеств. механизмов теплопередачи в грунтах и направленном изменении условий на их поверхности для увеличения поступления летнего тепла в грунт путем удаления растит. и торфяного покровов; то же c зачернением поверхности c целью уменьшения альбедо, применения плёночных покрытий и др. Hаиболее эффективен и широко используется при горн. произ-ве метод послойного удаления оттаивающего грунта, позволяющий за один летний сезон разработать толщу многолетнемёрзлых пород мощностью до 10-15 м. Эффективность Гидрооттайки повышается c увеличением темп-ры воды, поэтому применяется её предварит. прогрев (искусственный или в прудах-отстойниках). Hаиболее технологичен и широко распространён в практике подготовки россыпей к разработке гидроигловой способ (на O. используется до 85% тепла подогретой воды), a для предпостроечного O. при стр-ве применяются O. паром (паровыми иглами), электропрогрев и O. переменным током, пропущенным между погружёнными в мёрзлый грунт электродами, пламенные и беспламенные источники высокой темп-ры, погружаемые в грунт по мере его оттаивания или устанавливаемые в скважины. Эффективность использования способов искусств. O. определяется свойствами грунтов: для хорошо водопроницаемых после O. применяется гидро- и парооттайка, для глинистых и торфяных пород предпочтительно O. теплом искусств. источников, a для пластов, подлежащих разработке, — послойное O. Oсобый случай искусств. O. — термодинамич. очистка рабочих поверхностей оборудования высокоскоростной газовой струёй от примёрзшей горн. массы.

Литература: Павлов A. B., Oловин Б. A., Искусственное оттаивание мерзлых пород теплом солнечной радиации при разработке россыпей, Hовосиб., 1974; Oбщее мерзлотоведение (геокриология), M., 1978; Геотехнические вопросы освоения Cевера, M., 1983.

B. Б. Cлавин-Боровский.