Типы сезонного промерзания и протаивания по Кудрявцеву (Сочинение на свободную тему)

Инженерные сооружения никогда не воздвигаются в идеальных условиях, когда ни один из возможных факторов не привносит свои корректировки в расчёт. Увы, это только мечты. Отсюда вытекает необходимость учёта целого ряда параметров, таких как глубина сезонного протаивания или промерзания. Существуют карты, показывающие примерное распространение глубин. Но важно разделить области не только по цифре, которая может измениться, но и по процессам, формирующим её. За это дело в прошлом веке взялся В. А. Кудрявцев.

В середине двадцатого века В. А. Кудрявцев показал разностороннесть процессов промерзания и оттаивания горных пород, имеющих связь со многими факторами. К ним относят геолого-географические, объясняющие, что тепловой процесс происходит только в определённых географических зонах, и теплофизические при теплообмене с окружающей средой.

Другими словами, учитываются не только взаимодействие пород с атмосферой и окружающей средой, но и область, в которой оно происходит. Выявление закономерностей возможно только при анализе всех данных. В особенности, для определения глубины деятельного слоя.

Взаимосвязь между появлением и изменчивостью данной глубины были определены только из-за тесных переплетений взаимосвязей различных компонентов, влияющих на сезонное промерзание или оттаивание. Численное выражение возможно только через чёткие параметры, способные в полной мере отразить как и геологическое строение, так и геогрофоклиматические особенности района исследования. Так же необходимо учитывать антропогенное влияние, приводящее к искажению между теоретическими данными и фактическими на используемых площадях.

При картировании необходимо учитывать непостоянство глубины сезонного промерзания, изменяющаяся от года к году. Чтобы систематизировать эту, на первый взгляд, максимально хаотическую систему В. А. Кудрявцев на основе четырёх признаков классифицировал типы сезонного промерзания и оттаивания. Среди этих принципов среднегодовая температура горных пород, годовая амплитуда колебаний температуры на поверхности, влажность и состав пород сезонноталых или сезонномерзлых пород. Особенность классификации в том, что выделение типов происходит не по размеру глубины, а по условиям, формирующих их. Значение глубины промерзания или оттаивания находят эмпирически и далее вычисляют при наличии необходимых данных.

В данной классификации название для каждого типа не имеет конкретного названия, а складывается из названий, данных по значениям ряда параметров. Кудряцевым выделено 4 параметра, способных описать изменчивость геологического строения, географического расположения и климатические изменения. Это характеристика глубины промерзания от влажности, величины амплитуды и температуры на кровле пород (рис. 2), а также литологический состав самих пород. Внутри каждый параметр имеет более дробное деление. Такое строение классификации помогает охватить и характеризовать более точно большую поверхность земного шара.

По литологическому составу в классификации Кудрявцева породы делятся 7 типов, хотя могут выделять и их сочетания между собой, в зависимости от особенностей литологии в данном районе. Учитывать их при анализе процессов сезонных промерзания или оттаивания важно, потому что тип породы определяет различные характеристики и особенности, например, водопроницаемость, коэффициент фильтрации, характерная пористость и другие, а так же характер протекания процессов. Кудрявцевым выделены следующие подразделения:

1.Скальные и полускальные породы

2.Гравийно-галечные и щебнистые породы

3.Пески

4.Супеси

5.Суглинки

6.Глины

7.Торф

Как видно из приведённого списка, основные критерии выделения – прочность, размерность для дисперсных пород, существенное преобладание органического вещества.

Считается, что граница между процессами сезонного промерзания и сезонного оттаивания находится при среднегодовой температуре равной нулю. В южной части криолитозоны возможны многолетние колебания температуры на 1-2 градуса выше и ниже нуля, поэтому в многолетнем ходе идёт смена процессов оттаивания и промерзания. Следовательно, типы при колебании -1 - +1 и -2 - +2 называются переходными и полупереходными соответственно. Среднегодовые температуры в пределах до 10 градусов вызваны более сильным влиянием климата и приводит к длительноустройчивым, для интервалов температур -2 - -5 и +2 - +5, и устойчивым, для температур -5 - -10 и +5 - +10, типам сезонных изменений в породах. Отметка в 10 градусов является границей, когда переход между сезонным промерзанием и оттаиванием становится практически невозможным. При среднегодовых температурах от -10 до -15 выделяют арктический тип сезонного оттаивания, а если она ниже -15, то сезонное оттаивание имеет полярный тип. Те же границы по модулям соответствуют южному и субтопическому типу сезонного промерзания и сезонного оттаивания.

Характер изменения температуры в течение года, величина амплитудных колебаний, зависит от дальности нахождения от океана. На материках сезонные отличия заметны сильнее, в отличие от климата прибрежных районов. При удалении от моря или океана происходит увеличение амплитуды колебаний температуры. На территории России можно встретить каждый из подтипов.

По этим двум критериям, частично описывающих географическое и климатическое разнообразие зон выделяется более 100 типов. А по их совместному влиянию можно графически изобразить схематическое распределение амплитуды в толще пород и глубину сезонных изменений.

Кроме того, не последнюю роль играет количество влаги в изучаемых толщах. Даже при одинаковых типах, данных по совокупности амплитуды годичных колебаний и среднегодовой температуры, и не отличающемся литологическом составе деятельного слоя разная влажность приводит к различиям получаемой глубины оттаивания или промерзания. В зависимости от влажности в породах могут происходить не совпадающие процессы по механике и интенсивности.

Для каждой температуры ниже нуля градусов по Цельсию заданных условиях, в конкретной породе свойственно своё содержание незамёрзшей влаги. Эти данные не являются общими табличными значениями, которые можно посмотреть в справочнике. Однако, имеются определённые зависимости от литологического состава породы. Существуют нормативные способы по получению этой влажности. Вместе со влажностью льда-цемента она определяется в лаборатории. Для незасолённых грунтов используют калориметрический метод, если это предусмотрено программой работ, или согласно СНиП II Б.6-66, а для засолённых грунтов может быть использован только калориметрический метод.

При влажности меньше, чем влажность незамёрзшей воды фазовых переходов не будет наблюдаться, а, следовательно, не будет происходить оттаивание или промерзание.

В трёх других случаях глубина деятельного случая будет отлична от нуля. Но при увеличении количества воды увеличиваются и затраты теплоты на фазовые переходы, когда отрицательные температуры сменяются на положительные и наоборот.

От соответствия одной из приведённых формул породы подразделяются на:

А) Глубокого промерзания (протаивания);

Б) Среднего промерзания (протаивания);

В) Мелкого промерзания (протаивания).

Классификация Кудрявцева позволяет производить картирование в любом необходимом масштабе.

Глубина сезонноталого или сезонномёрзлого слоя получают и рассчётны методом. Однако данный процесс осложняется тем,что температуры воздуха не равны температурам на кровле породы, поэтому для получения результата вводятся различные поправки. Например на

1)Радиационный баланс

2)Растительный покров

3)Снежный покров

4)Инфильтрующиеся осадки и другие.

По классификации Кудрявцева, определив тип процесс, можно примерно узнать глубину оттаивания или промерзания, что может уменьшает затраты на предварительные расчёты.

Наука не стоит на месте. Совершенствуются измерительные приборы, модернизируются методики расчётов и создаются новые. На сегодняшний день методика Кудрявцева является не единственной, но она имеет наиболее ясную структуру, а её использование на протяжении многих лет доказывает её универсальность.