Анализ результатов исследований теплового режима природных и техногенных курумов криолитозоны

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Предметом исследований являются природные и техногенные курумы (глыбовые скопления скальных пород). Целью работы был анализ основных литературных источников, в которых опубликованы результаты исследований по формированию теплового режима скальных отвалов (курумов). Ретроспективный период составил более 50 лет. Рассмотрены отечественные и зарубежные источники информации. Выбраны для анализа наиболее представительные, в которых опубликованы результаты исследований, имеющих теоретическую ценность и практическую значимость. Анализ показал, что по многим важным аспектам формирования теплового режима природных и техногенных курумов, все авторы исследований, проведенных в различных регионах и в разные периоды времени, независимо друг от друга, пришли к одинаковым выводам. Это свидетельствует о надежности и объективности полученных результатов. В качестве метода исследований использовался аналитический обзор научных статей, в которых опубликованы материалы исследований по формированию теплового режима как собственно курумов, так и их грунтовых оснований. Рассмотрены курумы зоны многолетней и островной мерзлоты. Выполнен аналитический обзор литературных источников, содержащих теоретические и практические результаты исследований по формированию теплового режима природных и техногенных курумов. Результаты анализа позволяют сделать следующие основные выводы. 1. Любые виды, природных и техногенных курумов приводят к прогрессирующему охлаждению основания, на котором они находятся. 2. При взаимодействии с породным основанием техногенный курум работает как активная тепловая защита, изменяя свое термическое сопротивление в течение годового цикла. 3. При моделировании процесса теплового взаимодействия техногенного курума вполне допустимым является рассмотрение курума как теплозащитного слоя, термическое сопротивление которого зависит от эффективного коэффициента теплопроводности, изменяющего свое значение при изменении знака температуры атмосферного воздуха. На основании анализа результатов опубликованных работ сделаны выводы о возможности ряда упрощений при построении расчетных моделей для прогноза и управления тепловым режимом мерзлых оснований техногенных курумов.

Об авторах

Александр Фёдорович Галкин

Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН

Email: afgalkin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5924-876X
Главный научный сотрудник;

Александр Федотович Жирков

Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН

Email: zhirkov_af@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6721-5338
Заведующий лабораторией; лаборатория геотермии криолитозоны;

Владимир Юрьевич Панков

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

Email: pankov1956@gmail.ru
доцент; кафедра Строительства дорог и аэродромов;

Николай Афанасьевич Плотников

Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН

Email: plotnikov-nikolay96@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6013-931X
аспирант;

Список литературы

  1. Алексеев В.Р. Курумы – феномен криосферы. Новосибирск: Гео. 2021. 347с.
  2. Алексеев В.Р. Курумы-криогенный строительный материал (состояние изученности, задачи исследований). В книге: Материалы XI Международного симпозиума по проблемам инженерного мерзлотоведения. 2017. С. 191-192.
  3. Тюрин А.И. Генетическая классификация курумов // Вестник Московского университета. Серия геологическая. 1979. № 3. С. 77.
  4. Тюрин А.И., Полтев Н.Ф. Особенности строения курумов Южной Якутии // Мерзлотные исследования. М.: Изд-во Моск. университета, 1979. № 18. С.119-128.
  5. Тюрин А.И. Инженерно-геокриологическая оценка курумов // Мерзлотные исследования, 1983. Вып. XXI, МГУ. С. 123-130.
  6. Романовский Н.Н., Тюрин А.И. Фациальные особенности курумов Южной Якутии и Северного Забайкалья//Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. 1979. № 4. С. 59.
  7. Сергеев Д.О., Ухова Ю.А., Станиловская Ю.В., Романовский В.Е. Температурный режим многолетнемерзлых толщ и сезонно талого слоя в горах Северного Забайкалья (возобновление стационарных наблюдений)// Криосфера Земли, 2007. T. XI, № 2. C. 19-26.
  8. Горбунов А.П. Каменные глетчеры Заилийского Алатау // Криогенные явления Казахстана и Средней Азии. Якутск, 1979. С. 5-34.
  9. Горбунов А.П., Северский Э.В. Криогенные реликты голоцена на территории Казахстана//Вопросы географии и геоэкологии. 2016. № 4. С. 20-31
  10. Горбунов А.П., Титков С.Н. Каменные глетчеры гор Средней Азии. Якутск, 1989, 164 с.
  11. Горбунов А.П., Титков С.Н. Земляные глетчеры и криогенные покровы в высоких горах Азии // ГеоРиск. 2018. № 1. С. 34-42.  
  12. Горбунов А.П., Немов А.Е. К исследованию температур рыхлообломочных толщ высокогорного Тянь-Шаня. // Криогенные явления высокогорий. Новосибирск, Наука, 1978. С. 92-99.
  13. Горбунов А.П., Северский Э.В. Температурный режим и криогенное строение крупнообломочных отложений в Северном Тянь-Шане // Проблемы геометеорологии и аккумуляции земного холода. 1990. С. 54-58.
  14. Шестернев Д.М. Криогенные процессы Забайкалья. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. 262 с.
  15. Шестернев Д.М., Шестернев Д.Д. Пучение крупнообломочных пород Читино-Ингодинской впадины в связи с потеплением климата // Криосфера Земли. 2007. Том XI, № 4. С. 80-92.
  16. Шестернев Д. М. Криогипергенез крупнообломочных и скальных пород криолитозоны. Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН, 1997. 120 с.
  17. Стетюха В.А. Исследование устойчивости оттаивающих откосов техногенных горных массивов//Горный информационно-аналитический бюллетень. 2002. № 7. С. 206-208.
  18. Стетюха В.А. Совершенствование моделей переноса тепла и влаги при оценке воздействий горного производства на породы в условиях Южного Забайкалья// Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ. Выпуск № 10, 2004. С. 71-74.
  19. Стетюха В.А. Влияние насыпей на перемещение верхней границы многолетнемерзлых пород// В сб.: Актуальные вопросы строительства и эксплуатации зданий и сооружений в суровых условиях. Чита, 2020. С. 68-72.
  20. Северский Э.В. Геокриологические опасности гор Казахстана // География и водные ресурсы. 2012. № 1. С. 45-51.
  21. Северский Э.В. Курумы Тянь-Шаня // Криосфера Земли. 1998. Т. II, № 2. С. 33-37.
  22. Железняк И. И., Мальчикова И. Ю. Исследование льдообразования в глыбовых массивах горных пород криолитозоны Северного Забайкалья // Известия УГГУ. 2016. Вып. 3(43). С. 64-66. doi: 10.21440/2307-2091-2016-3-64-66
  23. Романовский Н. Н., Тюрин А. И., Сергеев Д. О. Курумы гольцового пояса гор. Новосибирск: Наука. 1989. 148 с.
  24. Мальчикова И. Ю. Конвективный тепломассообмен в пустотах-полостях природных геосистем// Материалы IV Минского Междунар. форума по тепло-и массообмену. Минск, 2000. Т. 1. С. 55-58.
  25. Банцекина Т.В., Михайлов В.М. К оценке роли внутригрунтовой конденсации водяных паров в формировании теплового и водного режимов крупнообломочных склоновых отложений// Криосфера Земли. 2009. Т. 13. № 1. С. 40-45.
  26. Михайлов В.М., Банцекина Т.В., Ушаков М.В. Исследования термических характеристик рассредоточенного притока в горные реки криолитозоны //Криосфера Земли. 2007. Т. 11. № 4. С. 57-64.
  27. Банцекина Т.В. Температурный режим и динамика льдистости крупнообломочных склоновых отложений без заполнителя в весенне-летнее время (на примере руч. Контактовый)// Колыма, 2002, № 4. С. 9-13.
  28. Банцекина Т.В. Особенности гидротермического режима слоя сезонного протаивания крупнообломочных склоновых отложений в весенне-летний период (на примере Верхнеколымского нагорья)// Автореф. дис. канд. геогр. наук. Якутск, 2003, 23 с.
  29. Минайлов Г.П. Способы понижения температуры вечномерзлых грунтов на железных и автомобильных дорогах путем применения каменной наброски//Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, ОАО ЦНИИС, 2003. 37 с.
  30. Минайлов Г.П. Математическое моделирование процессов теплообмена в массивах, содержащих каменную наброску // В сб.: Труды ЦНИИС, вып. 213. М., 2002. С. 122-130.
  31. Минайлов Г.П., Дубнов Ю.Д., Перетрухин В.А. и др. Методические рекомендации по проектированию земляного полотна железных дорог на пучинистых грунтах в суровых климатических условиях. ЦНИИС Минтрансстроя, М., 1986. 75 с.
  32. Минайлов Г.П., Юсупов С.Н. Стабилизация насыпей на вечномерзлых грунтах // Путевое хозяйство. 2001. № 5. С. 32.
  33. Минайлов Г.П., Миронов В.А., Юсупов С.Н. Опыт применения на Байкало-Амурской и Амуро-Якутской ж.д. магистралях конструкций земляного полотна, работающих в тепловом отношении по принципу самоохлаждающихся систем // В сб. докладов: Комплексные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железных дорог в условиях Крайнего Севера. Том І. Хабаровск, 1997. С. 99-102.
  34. Железняк И. И., Холодовский С. Е. Природа и модель распространения температурных волн в курумах // Ученые записки ЗабГУ. 2015. № 3 (62). С. 44-47.
  35. Сенук Д.П., Железняк И.И., Долгов В.Н. Особенности теплопереноса в крупнообломочных породах. Проблемы горного производства Восточной Сибири. Новосибирск: Наука. 1991. С. 58-64.
  36. Железняк И. И. Глыбовый массив горных пород: исследование и моделирование криогенного теплопереноса // Вестник ЗабГУ. 2015. № 11 (126). С. 23-29.
  37. D. Li, K. Zhang, G. Tong, F. Ming and X. Huang. Analysis on Cooling Effect of Crushed-Rocks Embankment of Qinghai-Tibet High-Grade Road. Modeling and Simulation in Engineering. Vol. 2015, Article ID 384304, 8 pages. Retrieved from http://dx.doi.org/10.1155/2015/384304
  38. W. Ma, J. Qi, and Q. Wu. Analysis of the deformation of embankments on the Qinghai-Tibet railway. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, vol. 134, no.11, pp. 1645–1654, 2008.
  39. B. Sun, W. Ma, and D.Q. Li. Ground temperature characteristics of block stone embankment and traditional embankment at Beiluhe along Qinghai-Tibet Railway. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, vol. 30, no. 2, pp. 303–308, 2008.
  40. Y. Lai, L. Zhang, S.Zhang and L. Mi. Cooling effect of ripped stone embankments on Qing-Tibet railway under climatic warming. Chinese Science Bulletin, vol. 48, no. 6, pp. 598–604, 2003.
  41. G.Y. Li,N.Li ,and J.M.Kan. Studyon cooling mechanism of embankment with crushed-stone side-slope along QinghaiTibet railway in permafrost region. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, vol. 26, no. 1, pp. 3161–3169, 2007.
  42. M.Zhang,Y.Lai,Z.Liu,and Z.Gao. Temperature characteristic nonlinear analysis for new-type embankment structures for Qinghai-Tibetan railway under climatic warming. China Civil Engineering Journal, vol. 39, no. 2, pp. 93–101, 2006.
  43. B.X. Sun, X.Z. Xu, Y.M. Lai, S.J. Wang, and J.Z. Zhang. Impact of ballast grain sizes on natural convection cooling effect of embankment in permafrost regions. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, vol. 26, no. 6, pp. 809–814, 2004.
  44. W. B. Yu, Y. M. Lai, X. F. Zhang, S. Zhang, and J. Xiao. Laboratory investigation on cooling effect of coarse rock layer . Modeling and Simulation in Engineering and fine rock layer in permafrost regions. Cold Regions Science and Technology, vol. 38, no. 1, pp. 31–42, 2004.
  45. S. He, M.Y. Zhang, Y. Zhang, Z.H. Gao, and L. Jin. Laboratory investigation on cooling characteristics of open block-stone revetment in permafrost regions. Journal of the China Railway Society, vol. 30, no. 4, pp. 54–58, 2008.
  46. Z. Sun, W. Ma, and D.Q. Li. Study of adjusting temperature effect of ripped-rock in-situ. Rock and Soil Mechanics. Vol. 27. No. 11, pp. 2001–2004, 2006.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).