8. Местные условия промерзания. Деятельный слой и его мощность.

Деятельный слой – поверхностный слой сезонного промерзания – протаивания.

К местным условиям промерзания относятся: толщина и время образования снежного покрова, наличие и характер растительности, заболоченность, направление склона местности относительно сторон света, интенсивность солнечной радиации, инженерная деятельность человека и др.

Мощность (глубина) деятельного слоя оказывает существенное влияние на строительство. Она может меняться в зависимости от местных условий промерзания и подразделяется на: естественную (при геокриологических и инженерно-геологических изысканиях), нормативную (максимальную по многолетним данным) и расчетную, определяемую через нормативную с учетом отепляющего влияния сооружения.

9. Морозобойное растрескивание, жильное клиновидное льдообразование.

Морозобойное растрескивание. Происходит по двум основным причинам: 1) вследствие разной для отдельных слоев мерзлого грунта величины отрицательной температуры, обусловливающей неодинаковое укорочение отдельных слоев; 2) в результате образования местных бугров пучения из-за неравномерной миграции влаги.

Первая причина. При охлаждении грунта с поверхности в зимнее время отдельные слои промерзшего грунта будут иметь отрицательную температуру, убывающую с глубиной, что вызывает неравномерное сжатие грунтов. На расстояние между трещинами и их глубину влияют величина сопротивления мерзлого грунта сдвигу ; градиент температуры

; модуль упругости при сдвиге

модуль нормальной упругости – ; коэффициент бокового расширения мерзлого грунта – ; коэффициент линейного сжатия грунта – . Расчетная формула для определения расстояния между трещинами записывается в следующем виде:

Ширина трещин поверху обычно составляет 2 – 4 см, иногда до 15 см, глубина до 6 метров. После появления первой трещины в массиве мерзлого грунта и при дальнейшем понижении температуры возникают поперечные трещины, разбивающие промерзающий массив на отдельные полигоны. Трещины могут возникать также и внутри полигона преимущественно в горизонтальном направлении.

Вторая причина. Возникновение трещин в промерзающих грунтах ввиду образования бугров пучения. Внутреннее давление, возникающее в буграх пучения, создает изгиб верхних слоев грунта, что часто вызывает трещины. В образовавшиеся трещины обычно изливается напорная вода, которая, замерзая, образует грунтовые наледи.

Жильное льдообразование. Образовавшиеся трещины, как правило, заполняются водой, которая при замерзании образует ледяные жилы. Они могут расти за счет вторичного растрескивания и заполнения льдом. Могут оттаивать с заполнением образовавшейся полости грунтовым материалом. Интенсивность морозобойного растрескивания (частота появления морозобойных трещин) и жильного льдообразования возрастает с юга на север.

10. Криогенное выветривание, морозное пучение

Криогенное выветривание. Процесс развивается в скальных грунтах за счет периодического замерзания и оттаивания воды в трещинах. Интенсивность процесса зависит от числа циклов промерзания – протаивания скального грунта, амплитуды температурных колебаний, градиента температуры в грунте и количества воды в трещинах. Увлажненные грунты больше подвержены разрушению нежели сухие. Продуктами криогенного выветривания являются: глыбы, щебень, песок, пыль.

Морозное пучение. Морозным пучением грунтов называется увеличение их объема при промерзании, которое в природных условиях, вследствие неоднородности их состава, неравномерности распределения влаги и различия в условиях питания подземными водами, всегда бывает неравномерным. При промерзании пучение грунтов происходит как в связи с увеличением объема содержащейся в них воды при переходе из жидкого в твердое состояние (на 9%), так и в результате замерзания новых порций воды, мигрирующей из соседних незамерзших областей. Как показывают наблюдения, чем медленнее происходит процесс промерзания грунтов, тем больше их пучение, так как большие порции воды успевают подтянуться к фронту промерзания. По способности к пучению грунты выстраиваются в следующий убывающий ряд: пылеватые – глинистые – песчаные. Крупнозернистые пески совсем не подвержены пучению, за исключением случаев напорного действия грунтовых вод. С понижением отрицательной температуры пучение замедляется, а затем прекращается совсем. Например, в песках пучение прекращается при температуре , а в глинах .

Основным показателем пучения грунтов является модуль пучения величина пучения , отнесенная к слою промерзшего грунта . Зависит прежде всего от типа грунта и его влажности. По модулю пучения (изменяется в диапазоне от 0 и до свыше 0,12) грунты делятся на группы: потенциально пучинистые – слабопучинистые – среднепучинистые – сильнопучинистые – чрезмернопучинистые . Многолетнее пучение приводит к образованию бугров пучения, которые подразделяются: 1) сегрегационные (формируются в результате миграции внутригрунтовой влаги к фронту промерзания под влиянием градиентов температуры и влаги); 2) инъекционные (являются результатом замерзания внедряющейся под давлением грунтовой воды или разжиженного грунта, например, гидродинамический напор; промерзание талых грунтов, окруженных мерзлыми породами); 3) инъекционно-сегрегационные.