Научная статья на тему 'Воздействие наледей на инженерные сооружения'

Воздействие наледей на инженерные сооружения Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
617
81
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НАЛЕДИ / ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ1 / РИТМ / ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА / ВОЗДЕЙСТВИЕ / СООРУЖЕНИЕ / КРИТЕРИЙ / НАЛЕДНАЯ ОПАСНОСТЬ / ОПТИМИЗАЦИЯ / КЛАССЫ1 ВОЗДЕЙСТВИЯ НАЛЕДЕЙ / ICE / UNDERGROUND WATER / RHYTHM / PERMAFROST ENVIRONMENT / IMPACT / STRUCTURE / CRITERION / ICY DANGER / OPTIMIZATION / ICINGS EXPOSURE CLASSES

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Шестернев Дмитрий Михайлович, Верхотуров Алексей Геннадьевич

Разработана методика оценки воздействия наледей различных генетических типов на инженерные сооружения. Предложена классификация наледей по морфометрическим параметрам объему, площади и мощности. Дана оценка наледным бассейнам в границах Забайкальского края в зависимости от порядка речного бассейна. Выявлено, что наледность бассейнов увеличивается по направлению с юга криолитозоны на север. Охарактеризована ритмичность проявления наледных процессов, причиной которой являются климатические ритмы, обусловливающие в отдельные годы повышенное количество осадков, вытадающих в летне-осенний период, и малую мощность снежного покрова. Выявлено, что интенсивность воздействия наледей определяется динамикой и закономерностями их формирования, природными условиями региона, характером техногенной нагрузки, строением и свойствами геокриологической среды, качеством строительных материалов, особенностями строительства и эксплуатации различного вида сооружений. Установлено, что формирование наледей с нагорной стороны автомобильных и железных дорог вызывает пучение насыти; формирование инъекционных льдов; интенсификацию криогенеза балласта и материала насыти; разрыхление земляного полотна и его неравномерные осадки при оттаивании. Доказано, что техногенные наледи в городах и поселках Забайкалья отрицательно воздействуют на автомобильные дороги, цокольные этажи и фундаменты зданий с проветриваемыми подпольями. Выделены классы воздействия наледей на инженерные сооружения: катастрофической интенсивности (I); высокой интенсивности (II); средней интенсивности (III); слабой интенсивности (IV). Выполнена оценка наледной опасности для различных типов инженерных сооружений, используемых при разработке полезных ископаемых, предложен критерий оптимизации выбора противоналед-ных мероприятий по борьбе с наледями

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Шестернев Дмитрий Михайлович, Верхотуров Алексей Геннадьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE EFFECTS OF ICINGS ON ENGINEERING FACILITIES

The methodology of impact assessment icings of different genetic types of engineering constructions is worked out. The classification of ice accumulation by morphometric parameters, volume, area, and power is suggested. The estimation of the icy pools within the boundaries of the Transbaikal Region, depending on the order of the river basin rated is given. It is revealed that freeze of basins increases in the direction from the South of the permafrost zone to the North. The rhythm of the icy processes manifestations is characterized. The reasons of that are the climatic rhythms, which have caused in some years an increased amount of precipitation falling in summer-autumn period and small capacity of the snow cover. It is revealed that the intensity of ice accumulation is determined by the dynamics and regularities of their formation, natural conditions of the region, technogenic load, structure and properties of permafrost environment, quality building materials, characteristics of construction and operation of various types of structures. It is established that the formation of ice dams at the side of roads and railways causes: heave of the embankment; formation of injection ice; intensification of cryogenesis ballast and fill material; loosening of the subgrade and differential settlement during thawing. It is proved that man-made ice in cities and towns of Transbaikalia adversely affect the roads, basement floors and foundations of buildings with ventilated underground. The classes of ice impact on engineering structures are distinguished: catastrophic intensity (I); high intensity (II) medium intensity (III); low intensity (IV). The estimation of icy danger for various types of engineering structures used in the development of mineral resources is revealed. The optimization criterion of choice antifreeze measures to combat ice dams is proposed

Текст научной работы на тему «Воздействие наледей на инженерные сооружения»

УДК 551.345 (571.55)

DOI: 10.21209/2227-9245-2016-22-10-30-40

ВОЗДЕЙСТВИЕ НАЛЕДЕЙ НА ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ THE EFFECTS OF ICINGS ON ENGINEERING FACILITIES

Д. M. Шестернев,

Институт мерзлотоведения CO РАН, г. Якутск

D. Shesternev,

Institute of Permafrostology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Chita

shesdm@mail. ru

Л. Г. Верхотуров,

Забайкальский государственный, г. Чита [email protected]

A. Verkhoturov,

Transbaikal State University, Chita

Разработана методика оценки воздействия наледей различных генетических типов на инженерные сооружения. Предложена классификация наледей по морфометрическим параметрам — объему, площади и мощности. Дана оценка наледным бассейнам в границах Забайкальского края в зависимости от порядка речного бассейна. Выявлено, что наледность бассейнов увеличивается по направлению с юга криолитозоны на север. Охарактеризована ритмичность проявления наледных процессов, причиной которой являются климатические ритмы, обусловливающие в отдельные годы повышенное количество осадков, выпадающих в летне-осенний период, и малую мощность снежного покрова.

Выявлено, что интенсивность воздействия наледей определяется динамикой и закономерностями их формирования, природными условиями региона, характером техногенной нагрузки, строением и свойствами геокриологической среды, качеством строительных материалов, особенностями строительства и эксплуатации различного вида сооружений.

Установлено, что формирование наледей с нагорной стороны автомобильных и железных дорог вызывает пучение насыпи; формирование инъекционных льдов; интенсификацию криогенеза балласта и материала насыпи; разрыхление земляного полотна и его неравномерные осадки при оттаивании. Доказано, что техногенные наледи в городах и поселках Забайкалья отрицательно воздействуют на автомобильные дороги, цокольные этажи и фундаменты зданий с проветриваемыми подпольями.

Выделены классы воздействия наледей на инженерные сооружения: катастрофической интенсивности (I); высокой интенсивности (II); средней интенсивности (III); слабой интенсивности (IV).

Выполнена оценка наледной опасности для различных типов инженерных сооружений, используемых при разработке полезных ископаемых, предложен критерий оптимизации выбора противоналед-ных мероприятий по борьбе с наледями

Ключевые слова: наледи; подземные воды; ритм; геокриологическая среда; воздействие; сооружение; критерий; наледная опасность; оптимизация; классы воздействия наледей

The methodology of impact assessment icings of different genetic types of engineering constructions is worked out. The classification of ice accumulation by morphometric parameters, volume, area, and power is suggested. The estimation of the icy pools within the boundaries of the Transbaikal Region, depending on the order of the river basin rated is given. It is revealed that freeze of basins increases in the direction from the South of the permafrost zone to the North. The rhythm of the icy processes manifestations is characterized. The reasons of that are the climatic rhythms, which have caused in some years an increased amount of precipitation falling in summer-autumn period and small capacity of the snow cover.

It is revealed that the intensity of ice accumulation is determined by the dynamics and regularities of their formation, natural conditions of the region, technogenic load, structure and properties of permafrost environment, quality building materials, characteristics of construction and operation of various types of structures.

It is established that the formation of ice dams at the side of roads and railways causes: heave of the embankment; formation of injection ice; intensification of cryogenesis ballast and fill material; loosening of the subgrade and differential settlement during thawing. It is proved that man-made ice in cities and towns of Transbaikalia adversely affect the roads, basement floors and foundations of buildings with ventilated underground.

The classes of ice impact on engineering structures are distinguished: catastrophic intensity (I); high intensity (II) medium intensity (III); low intensity (IV).

The estimation of icy danger for various types of engineering structures used in the development of mineral resources is revealed. The optimization criterion of choice antifreeze measures to combat ice dams is proposed

Key words: ice; underground water; rhythm; permafrost environment; impact; structure; criterion; icy danger; optimization; icings exposure classes

В опубликованных более чем 3000 научных работах рассмотрены проблемы формирования наледей в криолитозоне [2; 7]. Значительное количество из них посвящено изучению воздействия наледей на преобразование инженерно-геологических условий и инженерные сооружения, разработке мероприятий по борьбе с наледями [2; 3]. Эти проблемы рассматривались на международных и российских совещаниях и конференциях, в решениях которых отмечалась актуальность дальнейшего развития научно-методических основ защиты населения и инженерных объектов от опасных наледных процессов [5; 6]. Указывалось на необходимость более глубоких исследований влияния ритмичности наледеобразования на интенсивность трансформации геокриологической среды, воздействия наледей на конструкции сооружений, влияния наледеобразования на изменения инженерно-геологических условий. Решению этих задач и посвящена данная работа, которая выполнялась на протяжении нескольких десятилетий в рамках программ фундаментальных и прикладных исследований кафедрой гидрогеологии и инженерной геологии Забайкальского государственного университета и лабораторией инженерной геокриологии Института мерзлотоведения СО РАН.

Объекты и методика исследований. Объектами исследований являлись наледи, развивающиеся в пределах инженерных сооружений площадного (селитебные территории — города, села и поселки городского типа, сельскохозяйственные площади, горнорудные предприятия), линейного (надземные, наземные, авто- и железные дороги, трубопроводы), подземного (трубопроводы, шахты, штольни) и точечного

(отдельные здания, горные выработки) типов. Все эти сооружения на относительно небольших территориях распространены в горнодобывающих районах Европейского Севера, Сибири, Якутии, Дальнего Востока и в Забайкалье.

Методика комплексных исследований воздействия наледей на инженерные сооружения включала два направления — региональное и лабораторно-экспериментальное [1; 2; 4]. Региональные стационарные исследования, как правило, выполнялись на участках катастрофически развивающихся наледей и парагенетически связанных с ними криогенных процессов. Количественные и качественные характеристики влияния наледей на свойства горных пород, строительных материалов и конструкции сооружений получены в результате лабораторных экспериментальных испытаний. Исследования, требующие индивидуальный подход, выполнены по методике, разработанной авторами. Применение этой методики позволило изучить влияние изменений термодинамических условий среды (акваль-ной, субаквальной и аэральной), в которой находились изучаемые объекты. Для обобщения результатов исследований разработана общая геолого-генетическая классификация наледей, отличающаяся от известных [2; 7 и др.] тем, что в ней учтены три основных параметра наледей — объем, площадь и мощность. Из предложенной нами классификации следует, что объемы наледей не всегда соответствуют тем диапазонам площади и мощности, которые указаны предыдущими авторами. Поэтому мы жестко не связываем классы наледей по объему — диагональ таблицы со столбцами — классами наледей по мощности и строчками — классами наледей по площади (табл. 1).

Таблица 1

Классификация наледей по морфометрическим параметрам - площади, мощности и объему Classification of icing on morphometric parameters - area, power and volume

КЛАССЫ ПО ОБЪЕМУ (V, M3)V = S*H КЛАССЫ ПО ПЛОЩАДИ, S, м2

Весьма малоплощадные 8<1*102м2 Малоплощадные Г102... 1*103 м2 Среднеплощадные 1*103... 1*104 м2 Крупноплощадные 1*104... 1*10® м2 Весьма крупноплощадные 1*105... 1*106 м2 Гигантские площадные 8>1*106м2

КЛАССЫ ПО МОЩНОСТИ, Н ,м Очень маломощные (Н<0,5) Очень малого объема У<0,5*102 Малоплощддные Очень маломощные Среднеплощадные Очень маломощные Крупноплощадные Очень маломощные Весьма крупноплощадные Очень маломощные Гигантскоплощадные Очень маломощные

Маломощные (0,5... 1,0) Маломощные весьма малоплощадные Малого объема 0,5*102... 1,0*103 Среднемощные малоплощадные Крупноплощадные маломощные Весьма крупноплощадные маломощные Гигантскоплощадные маломощные

Среднемощные (1-1.5) Среднемощные весьма малоплощадные Среднемощные малоплощадные Среднего объема 1,0*10"... 1,5*10* Крупноплощадные среднемощные Весьма крупноплощадные среднемощные Гигантскоплощадные среднемощные

Большой мощности (1,5...2) Большой мощности весьма малоплощадные Большой мощности малоплощадные Большой мощности среднеплощадные Большого объема 1,5*104... 2*105 Весьма крупноплощадные большой мощности Гигантскоплощадные большой мощности

Очень большой мощности (2,0...2,5) Очень большой мощности весьма малоплощадные Очень большой мощности малоплощадные Очень большой мощности среднеплощадные Очень большой мощности крупноплощадные Очень большого объема 2,0*105...2,5*106 Гигантскоплощадные очень большой мощности

Чрезвычайно мощные (Н>2,5) Чрезвычайно мощные весьма малоплощадные Чрезвычайно мощные малоплощадные Чрезвычайно большой мощности среднеплощадные Чрезвычайно мощные крупноплощадные Чрезвычайно мощные весьма крупноплощадные Гигантского объема У>2,5*106

В результате в полном наименовании класса наледей отсутствуют имевшиеся несоответствия между площадью и объемом наледи [7]. Например, на пересечении второго столбца и третьей строки, по трем морфометрическим параметрам малоплощадные наледи в зависимости от изменения классов по мощности (от маломощных до чрезвычайно мощных) изменяют свои классы по объемам (от малообъемных до гигантских объемных) (табл. 1). Такие классы наледей широко развиты в глубоко врезанных долинах высоко- и среднегор-ных рек, в том числе и в Северном Забайкалье.

Результаты исследований и их анализ. На территории Забайкальского края берут начало три крупных водосборных бассейна — Амурский (южного типа), Байкальский (умеренного типа) и Ленский (северного типа), в составе которых находятся соответственно бассейны II и III порядков.

Значения относительной наледности S = S /S , (здесь S , S , соответственно

от и' нб v ^ и' нб

суммарная площадь наледей и суммарная площадь наледного бассейна) свидетельствуют о том, что наледность бассейнов увеличивается по направлению с юга кри-олитозоны на север. С учетом широтной зональности криолитозоны выделяют наледи южного, умеренного и северного типов [7].

Наледи южного типа формируются за счет поверхностных водотоков и грунтовых вод. Причиной появления наледей является формирование криогенного напора. Оптимальными условиями для формирования наледей являются малоснежные зимы и высокий уровень грунтовых вод перед промерзанием грунтов, зависящий от количества осадков, выпадающих осенью. Характерной особенностью наледей южного типа является их предрасположенность к частому изменению площади и местоположения, распространения, размеров и объемов. Значительное количество наледей

формируются не ежегодно. В связи с этим, можно сделать вывод, что наледи южного и в значительной мере умеренного типа весьма динамичны в пространстве и во времени и зависят от ежегодного изменения климатических параметров. Установлено, что ритмичность формирования наледей в зоне БАМ и в пределах Центрального Забайкалья соответствует короткопериодным климатическим ритмам. Причем в Забайкалье, в завершение десятилетнего климатического ритма, в 1999 г. наблюдалось катастрофическое воздействие речных наледей на населенные пункты: Баляга, Калга, Кадала, Кадахта, Смоленка и др. (рис. 1, а, б, в).

Основной причиной ритмичности воздействия наледей на инженерные сооружения является близкое к синхронному, повышенное количество осадков, выпадающих в предзимнее время, при существенном снижении мощности снежного покрова в зимнее время.

Сложный характер образования наледей наблюдался нами в карьере Шерлово-горского ГОКа и на Уртуйском угольном разрезе, глубина которых соответственно достигала 60...80 и 50...60 м. Здесь отмечалось ежегодное формирование наледей сезонного типа, по крайней мере, не менее чем на двух уровнях. Первый уровень приурочен к выходу надмерзлотных, второй — подмерзлотных вод (рис. 1, г).

Природно-техногенные наледи мало зависят от особенностей климатических ритмов. В Забайкальском крае, Амурской области и в других регионах в пределах водопропускных сооружений автодорог, расположенных в долинах рек, образование наледей практически ежегодно вызывает трудности эксплуатации автодорог (рис. 2, а—г). В большинстве случаев в Забайкалье автомобильные и железные дороги проходят у подножий хребтов и склонов высоких речных террас, пересекая мелкие долины многочисленных притоков.

Рис. 1, а, б, в, г. Речные и техногенные наледи и их влияние на функционирование гражданских и горно-технических сооружений (Центральное и Южное Забайкалье, короткопериодный

климатический ритм 1999-2010 гг.): а - подтопление наледными водами с. Смоленка; б - подтопление наледными водами с. Шимбилик; в - подтопление наледными водами зданий мкр. Зенитка г. Чита; г - наледь, сформировавшаяся на руч. Шимбилик в 2001 г. (подтопление крестьянских усадеб)

Fig. 1, a, b, c, d. Man-made river ice and its impact on the civil and mining engineering structures functioning (Central and South Transbaikalia, short-period climatic rhythm 1999-2010)

Здесь происходит замещение скальных и крупнообломочных отложений, слагающих склоны и долины притоков на дисперсные отложения впадин. В пределах склонов мерзлота имеет преимущественно островное и редкоостровное распространение, во впадинах — островное, прерывистое, а на отдельных участках и сплошное. К зонам сочленения впадин с хребтами, как правило, приурочены разрывные нарушения и зоны разгрузки подземных вод глубокого стока, поступающих по напорно-фильтрационным таликам и являющихся источниками питания крупных наледей, которые представляют реальную опасность.

Результаты работ позволяют сделать выводы, что формирование наледей с нагорной стороны автомобильных и железных дорог вызывает:

1) пучение земляного полотна за счет увеличения объема грунта при замерзании наледеобразующих вод, поступающих в тело насыпи;

2) формирование инъекционных льдов в теле насыпи при наличии постоянного подтока подземных вод;

3) интенсификацию криогенеза щебеночного балласта и материала насыпи;

4) разрыхление земляного полотна и его неравномерные осадки при оттаивании.

Рис. 2, а, б ,в, г. Мероприятия по снижению влияния полигенетических наледей на эксплуатацию федеральной автомобильной дороги «Лена» (апрель 2009 г.): а - периодическая нарезка канавы для отвода наледных вод; б - устройство временно ограждающей крафт-деревянной стенки для задержки наледных вод; в - спуск наледных вод под мостом, методом пожога; г - задержка и спуск наледных вод во временно действующих деревянных лотках

Fig. 2, a, b, c, d Measures to reduce the influence of polygenetic icing on the operation of the federal highway

«Lena» (April 2009)

Инженерно-геологическое обследование 15 мостов Забайкальской железной дороги, находящихся в предаварийном состоянии, показало, что их фундаменты и надфундаментные конструкции подвергаются ежегодному воздействию сезонно существующих наледей. Фундаменты мостовых опор в них сложены остроугольным щебнем и глыбами крупно- и среднезерни-стого гранита на цементном растворе. Наружная часть бутовой кладки опор мостов облицована тесаными гранитными блоками. Опоры мостов имели явно выраженные признаки разрушения. В них обнаружены открытые трещины шириной от 1...2 до 5.12 мм. Кроме того, по потере промывочной жидкости установлено скрытое разрушение фундаментов мостов. Это следовало также из того, что прочность строи-

тельных материалов (гранитов) за период эксплуатации нечетного пути (101 год) изменилась от 141 ± 7 МПа до 50 ± 25 МПа, четного пути (43 года) — соответственно от 141 ± 7 МПа до 65 ± 25 МПа. Таким образом, за 100 лет эксплуатации мостов на на-ледных участках снижение прочности материала фундаментов составило 49.81 %, за 43 года — 39.71 %. Кроме того, в первом случае разрушался не связующий цементный раствор, а наполнитель. Во втором случае от легкого механического воздействия разрушался связующий раствор, а не наполнитель — глыбы и щебень гранита.

Техногенные наледи практически повсеместно распространены в городах и поселках Забайкалья. Их формирование обусловлено утечками вод из санитар-но-технических сетей. Они отрицательно

воздействуют на автомобильные дороги, цокольные этажи зданий, на фундаменты и надстройки зданий с проветриваемыми подпольями и т.п. Например, в микрорайоне Зенитка (г. Чита), отепляющее воздействие техногенных наледей обусловило деградацию многолетнемерзлых оснований зданий с проветриваемым подпольем, способствовало протеканию интенсивных процессов криогенного выветривания конструкций здания, заболачиванию его основания. В результате в месте контакта свай с ростверком многие из них были сломаны.

Кроме того, разрушались железобетонные перекрытия первого этажа, происходило заболачивание и снижение несущей способности грунтов оснований зданий. За период 1995—2005 гг. совместное воздействие наледей и криогенного выветривания практически разрушило цоколь здания, сложенный из красного высокопористого кирпича.

Анализ результатов исследований позволил для различных типов застройки выявить особенности и интенсивность воздействия наледей на инженерные сооружения (табл. 2).

T.3. Виды объектов Воздействия Результаты воздействия

Площадная наземная Населенные пункты Катастрофическое воздействие (1-2 раза за 10 лет) Снижение эффективности эксплуатации инфраструктуры городов, разрушение отдельных зданий и сооружений

Сельскохозяйственные Постоянно средней, 1-2 раза за 10 лет высокой интенсивности Выход из строя мелиоративных систем (Кыринский, Красночикойский и другие районы); засоление и заболачивание, снижение плодородия почвы

Горнорудные предприятия Нарушение режима работы предприятий, снижение устойчивости бортов карьеров, катастрофическое образование оползней

Гидротехнические сооружения Постоянно средней, 1-2 раза за 10 лет высокой интенсивности Разрушение дамб, подтопление и загрязнение территории, тепловое и химическое загрязнение подземных вод

Линейная Наземные: дороги, трубопроводы Постоянно средней и высокой интенсивности Нарушение режима эксплуатации, разрушение материалов и конструкций

Подземные: шахты, штольни, трубопроводы Постоянно средней и высокой интенсивности Нарушение режима эксплуатации, разрушение материалов и конструкций

Точечная Наземные: отдельные здания Постоянно средней, 1-2 раза за 10 лет высокой интенсивности Нарушение режима эксплуатации, разрушение материалов и конструкций

Подземные: горные выработки Постоянно средней и высокой интенсивности Нарушение режима эксплуатации, разрушение материалов и конструкций

Примечание: Т.З. — тип застройки

Таблица 2

Типизация инженерных сооружений и характеристика воздействия на них наледей

в Забайкалье

Typing of engineering constructions and characteristics of exposure to icing

in Transbaikalia

Техногенные наледи развиваются и в пределах гидротехнических сооружений, используемых для складирования продуктов переработки теплоэлектроцентралей — гидрозолоотвалов (ГЗО) или полезных ископаемых — шламохранилищ. Интенсивность их воздействия на эти сооружения часто зависит от конструкции сооружений и условий эксплуатации. Так, например, северный участок обваловки чаши гидро-золоотвала-2 ТЭЦ-1 в г. Чита и грунтовая насыпь автодороги Москва-Владивосток являются природно-техническими сооружениями. Дамба — сооружение со статической нагрузкой на основание. В то же время проходящий автотранспорт по автодороге является источником динамической нагрузки на ее основание и, по всей видимости, на значительную часть объема тела обваловки. В условиях, когда грунты основания находятся в обводненном состоянии, динамические нагрузки приводят к снижению несущей их способности. В результате полотно автодороги деформируется, ухудшая ее эксплуатационные характеристики. Динамические нагрузки разуплотняют нижнюю, обводненную часть обваловки гидрозолоот-вала. Это способствует улучшению ее фильтрационных свойств, повышает водоотдачу, вследствие чего образующиеся наледи заполняют кювет и перекрывают автодорогу. При стаивании наледи обводняется грунтовая насыпь автодороги, что, в свою очередь, приводит к ее деформации и частичному разрушению твердого покрытия.

В результате по интенсивности выделены следующие классы воздействия наледей на инженерные сооружения: катастрофической интенсивности (I): воздействие наледей определяется сочетанием внезапности проявления, высокими скоростями процесса, приводящими к катастрофиче-

скому выводу из строя сооружений; высокой интенсивности (II): воздействие наледей проявляется при благоприятном для наледеобразования сочетании природных (зимних температур и количества осадков в предшествующий летне-осенний период) или техногенных факторов и характеризуется высокими скоростями наледеобра-зования, приводящими к выводу из строя сооружения; средней интенсивности (III): характеризуются любым временным характером наледеобразования, за исключением внезапного, скорости процесса и мощности образующихся наледей средние, затруднена эксплуатация сооружений; слабой интенсивности (IV): эпизодически затрудняют эксплуатацию сооружений.

По степени угроз среде и условиям жизнедеятельности людей (сюда входят социо- и техногенная сферы) налед-ную опасность можно классифицировать (с учетом интенсивности воздействия наледей) как практически отсутствующую; слабую; среднюю; сильную; катастрофическую.

Предложенная типизация наледной опасности позволила авторам впервые выполнить оценку ее влияния на эксплуатацию и строительство горно-технических и линейных сооружений Забайкалья (табл. 3).

Качественный прогноз наледной опасности для конкретных наледных участков на территории Забайкалья может быть получен по результатам анализа классификационных параметров наледи и условий ее формирования, количественный - требует знаний динамики и пространственно - временных закономерно -стей образования и разрушения наледей, полученных в результате стационарных исследований.

Таблица 3

Оценка влияния наледной опасности на эксплуатацию и строительство горно-технических и линейных сооружений Забайкалья

Evaluation of icing danger impact on the operation and construction of mining, technical and linear structures of Transbaikalia

Геоморфологические и геокриологические условия Горнотехнические и линейные сооружения. Типы наледеобразующих вод н» Наледная опасность

Верховья долин временных водотоков. Сплошное распространение ММП, =1,0 + -2,0 °С, £ = 2,0 + 3,0 м Дренирующая насыпь, водопропускные сооружения. Малодебитные источники 1-2 ^ 0,5-1,0 Слабая

Горные долины рек, котловины, озера. Прерывистые ММП, ^ = 0,5 +-10,0 °С, £ =1,0 +2,0 м Дренирующие и недренирующие насыпи, врезки. Ледниковые и снеговые воды 100 -200 0,5-1,5 Слабая, средняя

Нижние участки долин временных водотоков. Сплошное распространение ММП, tf =1,0 + -2,0 °С, £ = 1 >0 + 3,0 м Насыпи, водопропускные сооружения. Смешанные воды трещинно-жильные воды коренных пород и пластово-поровые воды глубокого стока в сквозных и несквозных таликах „ „ 5-100 2-4- 0,5-1,5 Слабая, средняя

Долины рек II-III порядка в отрогах хребтов. Прерывистые ММП, t€ = 1,0 + -5,0 °С, £ = 2,0 + 4,0 м Карьеры, дренирующие и недренирующие насыпи, многопролетные мосты. Воды глубокого под-мерзлотного стока , j 50 - 200 1,0-2,0 Средняя катастрофическая

Долины рек I порядка на северных склонах часто долины 2 порядка. Прерывистые и массивно-островное распространение ММП, t£ = 1,0 + -5,0 °С, £ = 2,0 + 4,0 м Дренирующие и недренирующие насыпи. Смешанные воды неглубокого руслового стока и несквозных таликов „ 5 50-700 1,0-3,0 Сильная катастрофическая

Долины рек I-II порядка на северных склонах часто долины 3 порядка. Прерывистые и массивно-островное распространение ММП, tf = 1,0 + -5,0 °С, £ = 2,0 + 4,0 м Врезки, карьеры, водопропускные сооружения. Смешанные воды несквозных таликов, подрусло-вого потока и напорных вод . , 300 -500 4-6- 2,0-3,0 Сильная катастрофическая

Речная сеть. От островного до сплошного развития ММП, ts = 2,0 + -5,0°С, £ =1,0 + 5,0м Дренирующие и недренирующие насыпи, одно- и многопролетные мосты. Подмерзлотные и над-мерзлотные воды , „ 500-1000 3 — 6- 1,5-2,0 Сильная катастрофическая

Примечания: Т — время образования, мес.; 5 и Н — средняя площадь, тыс. м2 и мощность, м; ММП — многолетнемерзлые породы; — температура ММП, 0 С; ^ — глубина сезонного промерзания и оттаивания пород, м

Выводы. Результаты проведенных исследований сводятся к следующему:

1) появление наледей или их активизация приводит к изменению инженерно-геологических условий территории, а их воздействие снижает несущую способность конструкций и прочностные характеристики строительных материалов;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2) катастрофическая потенциальная наледная опасность развита локально,

Список литературы_

но характерна практически для всего Забайкалья;

3) наледная опасность в Забайкалье должна учитываться проектировщиками, строителями и эксплуатационными службами для всех инженерных объектов с учетом климатических ритмов. Прогноз и информация о режиме образования наледей с учетом региональных особенностей должны быть своевременными и заблаговременными.

1. Алексеев В. Р. Ландшафтная индикация наледных явлений. Новосибирск: Наука, 2005. 364 с.

2. Алексеев В. Р. Наледи. Новосибирск: Наука, 1987. 160 с.

3. Кондратьев В. Г. Концепция системы мониторинга опасных наледных процессов на территории Читинской области. Чита: Забтранс, 2000. 112 с.

4. Лабораторные методы исследования мерзлых пород / под ред. Э. Д. Ершова. М.: Изд-во МГУ, 1985. 350 с.

5. Пестов В. М. Защита народнохозяйственных объектов от опасных наледей. Чита: ЗабГУ, 2015. 180 с.

6. Пестов В. М., Дегтярева А. В. Научно-технологическое решение построения региональной комплексной системы мониторинга опасных наледных процессов с применением технологий аэрокосмомонито-ринга // Вестник ЗабГУ. 2015. № 11. С. 30-38.

7. Романовский Н. Н. Подземные воды криолитозоны. М.: Изд-во МГУ, 1983. 231 с.

8. Фотиев С. М. Подземные воды и мерзлые породы Южно-Якутского угленосного бассейна. М.: Наука, 1965. 232 с.

9. Чекотилло А. М., Цвид А. А., Макаров В. Н. Наледи на территории СССР и борьба с ними. Благовещенск: 1960. 207 с.

10. Hu X., Pollard W. The hydrogeology analysis and modeling of river icing growth. North Fork Pass ,Yukon Territory, Canada: Permafrost and Periglacial Processes, 1997, vol. 8, pp. 279-294 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.dx.doi.org/10.1002/(SICI)1099-1530(199) (дата обращения: 10.10.2016).

11. Priesnitz K., Schunke E. The fluvial morphodynamics of two small permafrost drainage basins, northwestern Canada // Permafrost and Periglacial Processes, 2002, no. 13 (3), pp. 207-217 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.dx.doi.org/10.1002/ppp.424 (дата обращения: 10.09.2016).

12. Yoshikawa K., Hinzman L. D., Kane D. L. Spring and aufeis (icing) hydrology in Brooks Range, Alaska // Journ. of Geophys. Research, 2007, vol. 112, no. 1: G04S43. doi:10.1029/2006JG000294.

List of literature_

1. Alekseev V. R. Landshaftnaya indikatsiya nalednyh yavleniy [Landscape indication of icing phenomena]. Novosibirsk: Science, 2005. 364 p.

2. Alekseev V. R. Naledi [Icings]. Novosibirsk: Science, 1987. 160 p.

3. Kondratiev V. G. Kontseptsiya sistemy monitoringa opasnyh nalednyh protsessov na territorii Chitinskoy oblasti [Concept of monitoring dangerous icing processes on the territory of the Chita region]. Chita: Zabtrans, 2000.112 p.

4. Laboratornye metody issledovaniya merzlyh porod [Laboratory methods of permafrost investigation]; ed. E. D. Ershov. Moscow: MGU, 1985. 350 p.

5. Pestov V. M. Zashhita narodnohozyaystvennyh obektov ot opasnyh naledey [Protection of economic facilities from dangerous icing]. Chita: ZabGU, 2015. 180 p.

6. Pestov V. M., Degtyareva A. V. Vestn. Zab. Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2015, no. 11, pp. 30-38.

7. Romanovsky N. N. Podzemnye vody kriolitozony [Groundwater of permafrost zone]. Moscow: MGU, 1983.231 p.

8. Fotiev S. M. Podzemnye vody i merzlyeporody Yuzhno-Yakutskogo uglenosnogo basseyna [Groundwater and permafrost rocks of the South Yakutia coal-bearing basin]. Moscow: Science, 1965. 232 p.

9. Chekotillo A. M., Tsvid A. A., Makarov V. N. Naledi na territorii SSSR i borba s nimi [Icings at the territories of the USSR and the fight against them]. Blagoveshchensk, 1960. 207 p.

10. Hu X., Pollard W. The hydrogeology analysis and modeling of river icing growth (The hydrogeology analysis and modeling of river icing growth). North Fork Pass, Yukon Territory, Canada: Permafrost and Periglacial Processes, 1997, vol. 8, pp. 279-294 Available at: http://www.dx.doi.org/10.1002/(SICI)1099-1530(199) (accessed 10.10.2016).

11. Priesnitz K., Schunke E. Permafrost and Periglacial Processes (Permafrost and Periglacial Processes), 2002, no. 13 (3), pp. 207-217 Available at: http://www.dx.doi.org/10.1002/ppp.424 (accessed 10.09.2016).

12. Yoshikawa K., Hinzman L. D., Kane D. L. Journ. of Geophys. Research (Journ. of Geophys. Research), 2007, vol. 112, no. 1: G04S43. doi:10.1029/2006JG000294.

Коротко об авторах_

Шестернев Дмитрий Михайлович, д-р техн. наук, профессор, зав. лабораторией инженерной геокриологии, Институт мерзлотоведения СО РАН, г. Якутск, Россия. Область научных интересов: общая и инженерная геокриология, экология криолитозоны [email protected]

Верхотуров Алексей Геннадьевич, канд. геол.-минерал. наук, доцент, зав. кафедрой «Гидрогеология и инженерная геология», Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия. Область научных интересов: инженерная геология, экология криолитозоны, геотехнология [email protected]

Briefly about the authors_

Dmitry Shesternev, doctor of engineering sciences, professor; Institute of Permafrostology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Yakutsk, Russia. Sphere of scientific interests: general engineering geocriology, ecology of permafrost

Aleksey Verkhoturov, candidate of geological and mineralogical sciences, associate professor, head of the Hydrogeology and Engineering Geology department, Transbaikal State University, Chita, Russia. Sphere of scientific interests: engineering geology, ecology of permafrost, geo-technology

Образец цитирования

Шестернев Д. М., Верхотуров А. Г. Воздействие наледей на инженерные сооружения // Вестн. За-байкал. гос. ун-та. 2016. Т. 22. № 10. С. 30-40. DOI: 10.21209/2227-9245-2016-22-10-30-40

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.