Результаты масштабного моделирования морозного пучения грунтов при термостабилизации сезонно-действующими охлаждающими устройствами

   Процесс термостабилизации оттаявших многолетне-мерзлых грунтов оснований сезоннодействующими охлаждающими устройствами (СОУ) может занимать значительное время (до нескольких лет), что в определенных грунтово-гидрологических условиях приводит к морозному пучению грунтов основания с достаточно продолжительным периодом проявления пучин на железнодорожном пути. В этом случае при проектировании термостабилизации основания земляного полотна железнодорожного пути СОУ рекомендуется выполнять количественную оценку указанных деформаций и принимать компенсирующие проектные решения.
   В работе поставлен и проведен масштабный лабораторный эксперимент по моделированию термостабилизации грунтов сезонно-действующими охлаждающими устройствами для определения эмпирических зависимостей величины морозного пучения глинистых грунтов от их вида и скорости промораживания. Эксперимент состоял из отдельных опытов, каждый из которых заключался в термостабилизации (промораживании) грунтового массива в лотке СОУ при заданной температуре в климатической камере.
   По результатам эксперимента отмечено существенное по величине морозное пучение грунтового массива при его термостабилизации СОУ. Получена эмпирическая зависимость величины объемного коэффициента морозного пучения глинистых грунтов с числом пластичности Ip от 5 до 14 от радиальной скорости промерзания у СОУ. Установлено, что при открытой системе промерзания с минимальным путем миграции грунтовых вод к фронту промерзания у СОУ число пластичности глинистых грунтов (в интервале от 5 до 14) является мало влияющим на значения морозного пучения фактором, которым при расчетах можно пренебречь. Полученную зависимость рекомендуется использовать при проектировании термостабилизации основания земляного полотна в районах распространения многолетне-мерзлых грунтов для количественной оценки возможных последующих деформаций морозного пучения и принятия компенсирующих проектных решений.

1. Ашпиз Е. С. Опыт сооружения земляного полотна железных дорог, расположенных на многолетнемерзлых грунтах: проблемы и пути их решения // Бюллетень Объединенного ученого совета ОАО «РЖД». 2019. № 1. С. 21–27. EDN TQJHVX.

2. Сазонов В. Н., Ашпиз Е. С. Актуальные проблемы обеспечения надежности земляного полотна на Восточном полигоне // Железнодорожный транспорт. 2015. № 9. С. 28−31.

3. Ensuring the operational suitability of buildings, railways and bridges in of the Arctic zone in conditions of global warming / I. Sakharov, S. Kudryavtsev, V. Paramonov [et al.] // X International Scientific Siberian Transport Forum – TransSiberia 2022, Novosibirsk, 02–05 марта 2022 года. Novosibirsk : Elsevier B. V., 2022. Р. 2506–2514. DOI 10.1016/j.trpro.2022.06.288. EDN GXCWVQ.

4. Цернант А. А. Инновационные технологии управления температурой грунтовых массивов транспортных сооружений в арктических широтах // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2013. № 3 (170). С. 26–31. EDN SXLQXD.

5. Колосков Г. В., Ибрагимов Э. В., Гамзаев Р. Г. К вопросу выбора оптимальных систем термостабилизации грунтов при строительстве в криолитозоне // Геотехника. 2015. № 6. С. 4–11. EDN VXVJZF.

6. Gallavresi F. Ground freezing – the application of the mixed method (brine–liquid nitrogen) // Engineering Geology. 1981. № 18 (1). Р. 361–375. https://doi.org/10.1016/0013-7952(81)90074-0.

7. Monitoring Roadbed Stability in Permafrost Area of Qinghai–Tibet Railway by MT-InSAR Technology / H. Liu, S. Huang, C. Xie [et al.] // Land. 2023. Vol. 12. P. 474.

8. Закирова Э. А., Гаррис Н. А. Как избежать выпучивания опор надземных трубопроводов в районах пучинистых грунтов // Нефтегазовое дело. 2016. Т. 14, № 2. С. 85–92.

9. Юшков Б. С., Сергеев А. С. Исследование зависимости величины морозного пучения глинистых грунтов от скорости промерзания // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2015. № 4. С. 130– 140. EDN VEFQGR.

10. Шестернев Д. М., Соколова В. С., Елгина А. И. Влияние скорости промерзания на пучение пород различного состава, строения и свойств // Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов : XVI Международная научная-практическая конференция, Чита, 28–30 ноября 2016 года : в 3 ч. Чита : Забайкальский государственный университет, 2016. Ч. 1. С. 191–195. EDN WZVSVH.

11. Ашпиз Е. С., Разуваев Д. А., Нагаев Е. И. Масштабное моделирование морозного пучения грунтов основания земляного полотна при работе сезонно-охлаждающих устройств // TRANSOILCOLD 2023 : материалы 6-го Международного симпозиума по строительному инжинирингу грунтовых сооружений на транспорте в холодных регионах, Москва, 02–05 октября 2023 года / под общей редакцией Т. В. Шепитько. Москва : Дашков и Ко, 2023. С. 98–100.

12. Разуваев Д. А., Ашпиз Е. С. Криогенные проблемы эксплуатируемых железнодорожных насыпей восточного участка БАМа и сценарии развития деформаций // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2024. № 5 (72). С. 22–34. DOI 10.52170/1815-9265_2024_72_22. EDN HZVBVB.

13. Бухов С. И., Исаков А. Л. Определение температуры начала интенсивного морозного пучения в глинистых грунтах при открытой системе промерзания // Фундаментальные и прикладные вопросы транспорта. 2022. № 4 (7). С. 80–86. DOI 10.52170/2712-9195_2022_4_80. EDN OFBUJU.