Многолетнемерзлые грунты. Строительство зданий и сооружений в районах многолетней мерзлоты

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Ростов-на-Дону

 

 

 

Кафедра инженерной геологии

 

 

РЕФЕРАТ

по инженерной геологии

На тему: «Многолетнемерзлые грунты. Строительство зданий и сооружений в районах многолетней мерзлоты »

 

 

 

 

Выполнила:

 

 

 

Преподаватель:

 

 

 

 

 

 

г. Ростов-на-Дону

2013

ОГЛАВЛЕНИЕ:

 

ВВЕДЕНИЕ

 

ГЛАВА I Криолитозона и ее деятельность

1.1 Геологические процессы в криолитозоне

1.2. Латеральное распространение мерзлоты

1.3. Вертикальное распространение мерзлоты

1.4. Мерзлотные (криогенные) процессы и формы рельефа

1.4.1 Морозобойное растрескивание

1.4 2.Морозная сортировка

1.4.3. Пучение и образование наледей

1.4.4. Морозное выветривание

1.4.5. Солифлюкция

1.4.6. Ниши протаивания (явление «термокарста»)

 

 ГЛАВА II Многолетняя мерзлота на территории России и современное оледенение

2.1. Современное оледенение  на территории России

2.2. Виды многолетней мерзлоты и процессы вызванные многолетней мерзлотой на территории России

2.2.1. Сплошная мерзлота  на территории России 2.2.2. Слоистая  мерзлота (деградация сплошной мерзлоты)

2.2.3. Островная мерзлота

2.2.4. Линзовая мерзлота

2.2.5. Ежегодное оттаивание  и промерзание деятельного слоя  грунта

2.2.6. Пучение грунтов при  промерзании

2.2.7. Осадка при оттаивании  деятельного слоя грунта

2.2.8. Образование наледей

2.2.9. Течение склона. Явление  солифлюкции

2.2.10. Изменение температуры  в верхних слоях вечномерзлых  грунтов

2.2.11. Просадка при оттаивании  слоя вечномерзлого грунта

2.2.12. Образование морозобойных  трещин в деятельном и многолетнемерзлом  слоях грунта

 

ГЛАВА III Многолетняя мерзлота и современный климат

 

ГЛАВА IV Региональные закономерности инженерно-геологических условий и районирование Сибирской платформы

4.1. Формационные и геолого-структурные  особенности

4.2. Мерзлотно-гидрогеологические  условия

 

ГЛАВА V Строительство в районах многолетней мерзлоты

5.1. Особенности строительства  в зоне многолетней мерзлоты

5.2. Первый принцип проектирования  фундаментов на вечномерзлых  грунтах

5.3.Второй принцип проектирования фундаментов на вечномерзлых грунтах. Конструктивный метод

5.4.Третий принцип проектирования фундаментов на вечномерзлых грунтах. Метод предпостроечного оттаивания

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ТАБЛИЦЫ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

 

Проблема: Колоссальное могущество природы: наводнение, стихии, бури, подъём уровня моря. Изменение климата меняет образ нашей планеты. Причуды погоды уже не являются чем-то необычным, это становится нормой. Лёд на нашей планете тает и это меняет всё. Моря поднимутся, города могут быть затоплены и миллионы людей могут погибнуть. Ни один прибрежный район не убежит от ужасных последствий. Озоновые дыры, глобальное потепление, мы постоянно слышим это выражение, но за знакомыми словами стоит пугающая действительность. Наша планета нагревается и это оказывает катастрофический эффект на ледяные шапки земли. Температура поднимается, лёд начинает таять, море начинает подниматься. Но кое-где по-прежнему господствует многолетняя мерзлота.

 

 В данной работе  рассматривается проблема строительства  в условиях развития многолетнемерзлых  пород. Возводя здания, различные  сооружения и т.п. в данных условиях  необходимо учитывать множество  различных факторов и процессов, происходящих в криолитозоне. Все эти процессы осложняют строительство, поэтому Целью своей работы я ставлю рассмотрение деятельности криолитозоны, влияние процессов в ней происходящих на строительство, выявление наиболее оптимальных путей решения этой проблемы.

 

Задача моей работы заключается в том, чтобы показать, что строительство на территории криолитозоны возможно, если учитывать особенности территории и современные способы строительства, подходящие именно для определенной местности.

 

Пути решения: мною была изучена характеристика основных процессов, происходящих в криолитозоне, характеристика местности и ее мерзлотно-гидрогеологические особенности и подобраны основные пути решения проблем строительства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА I

Криолитозона и ее деятельность

 

Геологическая деятельность льда является объектом изучения специальных наук – гляциологии и геокриологии.

 

 Гляциология – это  наука о физических свойствах  ледников, их происхождении, развитии, геологической деятельности и  влиянии на формирование земной  поверхности.

 

 В геокриологии (мерзлотоведении) изучаются закономерности формирования  и распространения многолетней  мерзлоты и геологические процессы, происходящие в мерзлой зоне  литосферы.

 

1.1.Геологические  процессы в криолитозоне

 К мерзлой зоне литосферы  принято относить области развития  таких горных пород, для которых  характерна нулевая или отрицательная  температура и присутствие в  них льда, заключенного в порах  и трещинах.

 

 Горные породы могут  подчиняться климатическим переменам: сезонному замерзанию и оттаиванию, но могут быть и многолетнемерзлыми. Древность многолетнемерзлых пород  подтверждается археологическими  и палеонтологическими находками. Так, на Анадырском полуострове, около озера Чирового, в суглинках, залегающих в трещинах разрыва ледяного бугра, Н.Граве были обнаружены остатки стоянки древнего человека, жившего здесь в верхнем неолите, не менее 2000 лет назад.

 

 Изотопными методам  установлено, что хорошо сохранившиеся  остатки мамонтов имеют возраст, исчисляемые многими тысячелетиями. Таймырский мамонт погиб 12 тыс. лет назад.

 

 Исходя из этих данных, многолетнемерзлыми горными породами  называют такие породы, в которых  отрицательные температуры сохраняются  непрерывно в течение тысячелетий  и десятков тысяч лет.

 

 Многолетнемерзлые горные  породы в России расположены  главным образом в Сибири, где  южная граница их распространения  проходит к югу от Байкала. Северная граница примерно совпадает  с северным полярным кругом. Вдоль  южной границы многолетней мерзлоты  отмечается островной характер  ее распространения.

 

 Всего на земном  шаре 23% территории суши покрыто  «вечной» мерзлотой; наиболее крупными  областями ее распространения  также являются Канада (6 млн. км2), Гренландия (1,6 млн. км2), Аляска (1,5 млн. км2), Антарктида (12 980 000 км2).

 

 Льды в пределах  распространения многолетнемерзлых  горных пород могут встречаться  в виде льда-цемента, жильного, повторножильного, погребенного и пещерного льдов.

 

 Лед-цемент сковывает  минеральные образования, скрепляя  и цементируя их.

 

 Жильный лед заполняет  трещины в горных породах.

 

 Повторножильный лед проникает в горные породы по морозобойным трещинам глубже границы их сезонного промерзания. Он может расти не только по вертикали, но и по горизонтали и образовывать большие скопления. Установлено, что такие массивы льдов непрерывно образовывались в течение всего четвертичного периода.

 

 Собственно погребенные  льды наблюдаются в зонах современных  оледенений внутри отложенных  морен и под ними.

 

 Пещерные льды формируются  в разнообразных полостях. Они  могут встречаться и вне зоны  распространения многомерзлых горных пород (например, в Кунгурской пещере). Такие льды представляют собой сплошные ледяные массы, либо натечные формы (столбы, драпри), либо отдельные кристаллы на стенах и потолке пещер.

 

1.2. Латеральное  распространение мерзлоты

 Различают сезонную  и многолетнюю мерзлоту.

 

Сезонная мерзлота существует только зимой, многолетняя – сохраняется круглый год и на протяжении многих лет. Наиболее ярко и масштабно мерзлотные (криогенные) процессы проявляются в криолитозоне, т.е. в области распространения многолетнемерзлых пород. Многолетняя мерзлота особенно широко развита на севере Евразии и Северной Америки. В России ею занято около 2/3 всей территории – главным образом в Сибири и на Дальнем востоке. При освоении огромных природных ресурсов этих регионов требуется детальное изучение мерзлотных условий и процессов, поскольку они очень часто оказываются решающим фактором, серьезно затрудняющим все виды строительства.

 

 В направлении с  севера на юг в пределах  криолитозоны Северного полушария по мере уменьшения площади и мощности мерзлоты выделяют три подзоны: сплошного, прерывистого и спорадического распространения многолетнемерзлых грунтов. В подзоне сплошного распространения мощность мерзлоты измеряется сотнями метров (обычно от 100 до 500 м), местами достигая 1 км и более. Суровые климатические условия в этой подзоне наиболее благоприятны для новообразования мерзлоты, однако и тут встречаются талики – участки отсутствия мерзлых толщ.

 

 Талики развиты главным  образом под реками и озерами, достаточно многоводными, чтобы  отепляющее действие воды смогло  препятствовать промерзанию.

 

 В подзоне прерывистого распространения мощность мерзлоты обычно не превышает 100 м. Талики здесь занимают гораздо большую площадь, а новообразование мерзлоты носит ограниченный характер. Наконец, южную подзону спорадического распространения можно рассматривать как область преобладающей деградации мерзлоты.

 

 Таким образом, будучи  во многих районах не только  современным образованием, но и  реликтом ледниковых эпох, многолетняя  мерзлота сохраняется по сей день благодаря резко континентальному климату с продолжительной холодной и малоснежной зимой.

 

1.3. Вертикальное распространения мерзлоты

 В вертикальном разрезе  криолитозоны выделяют три слоя (полярный покровный комплекс, по А.И.Попову, 1967). Верхний слой называется деятельным, это слой сезонного протаивания. Его мощность в целом увеличивается с севера на юг до трех-четырех метров и зависит от теплопроводности и водопроницаемости горных пород: песчаные грунты протаивают глубже глинистых, а те в свою очередь глубже, чем торф. В деятельном слое породы регулярно переходят из мерзлого в талое состояние и обратно, что находит выражение в криотурбации – перемешивании грунта, с которым связано образование специфических форм мерзлотного микрорельефа.

 

 Деятельный слой подстилается  мощными постоянно мерзлыми толщами. В верхней их части (второй  слой) еще происходят сезонные  колебания отрицательной температуры, которые сопровождаются механическими  напряжениями и растрескиванием. Еще ниже, начиная с глубины  примерно 10 м, отрицательная температура  пород сохраняется постоянной  на протяжении всего года –  это третий наиболее мощный  слой, своего рода фундамент криолитозоны.

 

 Сезонномерзлые грунты, возникающие везде, где определенное время удерживаются отрицательные зимние температуры, по сути состоят из одного деятельного слоя. Однако протекающие в нем процессы (пучение, сортировка грунта, растрескивание и др.) не столь активны, как в деятельном слое криолитозоны, из-за отсутствия подстилающей многолетней мерзлоты, которая играет роль водоупора и влияет на распределение давления в грунте.

 Развитие мерзлоты  может протекать эпигенетически (промерзает уже сформировавшаяся ранее порода) и сингенетически (формирование грунта и его промерзание происходят одновременно). Первый путь типичен для возвышенностей, где преобладает денудация, и по мере сноса коры выветривания промерзание проникает в глубь толщи пород. Второй путь характерен для низменностей, где доминируют аккумулятивные процессы, например накопление аллювия в речных долинах.

 

 Подземный лед как  неотъемлемый компонент мерзлых  грунтов может находиться в  них в разных формах – от  порового и капиллярного до крупных ледяных линз и жил. Обычно различают: лед-цемент – без скоплений рассеян между частицами рыхлой породы; сегрегационный лед – имеет вид ледяных прослоек, выделяющихся при замерзании тонкодисперсных (глинистых и пылеватых) грунтов; инъекционный лед – образуется при внедрении воды в трещинах и водоносных горизонтах; полигонально-жильный лед – формируется в результате замерзания в морозобойных трещинах попавшей в них с поверхности воды. Кроме того, подземный лед может быть погребенным – это бывший наземный лед, перекрытый минеральными осадками.