Сезоная мерзлота. Пучение

По длительности существования мерзлого состояния пород принято подразделять «родовое» понятие «мерзлые породы» на три видовых понятия:

кратковременномерзлые породы (часы, сутки),

сезонномерзлые породы (месяцы),

многолетнемерзлые породы (годы, сотни и тысячи лет).

Сезонная мерзлота существует только зимой. 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.

Процессы криогенного пучения в большей степени связаны с замерзанием свободной воды. Различают сезонные и многолетние бугры пучения. Сезонные бугры пучения возникают при зимнем промерзании деятельного слоя: грунтовая вода в нижней его части оказывается под давлением (снизу находится мощная многолетняя мерзлота) и вспучивает над собой верхний промерзший слой. В случае большого давления может произойти взрыв и излияние воды на поверхность с образованием грунтовой наледи. Сезонные грунты пучения невелики по размерам (высота обычно не более 0,5 м при поперечнике 2-3 м); в теплое время года ледяное ядро таких бугров вытаивает, и они разрушаются.

У многолетних торфяных бугров мерзлое ядро летом сохраняется благодаря низкой теплопроводности торфа; год от года они могут нарастать и достигают высоты в несколько метров. Менее крупные (обычно не более 1 м) многолетние бугры пучения развиваются в глинистых и суглинистых грунтах, обладающих лучшей теплопроводностью. Они получили название «бугров-могильников». Летом мерзлота в них вытаивает, но насыщенный водой глинистый грунт набухает и удерживает форму небольшого холма. Наиболее крупные многолетние бугры пучения образуются в пределах низменных заболоченных участков. Их высота может достигать десятков метров при поперечнике в первые сотни метров. Под торфяной оболочкой у таких бугров залегает ледяное ядро, с возникновением и ростом которого и связано вспучивание поверхности.Пучинистыми (морозоопасными) грунтами называются такие грунты, которые при промерзании обладают свойством увеличивать свой объем при переходе их в мерзлое состояние. Изменение объема грунта обнаруживается в природных условиях в поднятии дневной поверхности в процессе промерзания и опускании ее при оттаивании. В результате этих объемных изменений происходят объемные деформации, что и наносит повреждения основаниям, фундаментам и надфундаментному строению зданий и сооружений.

Все меры борьбы с пучением пород горных выработок могут быть подразделены на пять групп: 1) использование благоприятных горно-геологических и технических условий; 2) укрепление пород; 3) разгрузка породного массива; 4) комбинированные способы; 5) специальные методы борьбы.