Сезонна і багаторічна мерзлота

Гірські породи піддаються сезонному промерзанню і відтаванню щорічно на всій території України. Глибина промерзання — від часток метра на півдні країни до 1—1,5 м в пісках під оголеною від снігу поверхнею.

На півночі товщі гірських порід містять лід і знаходяться в мерзлому стані протягом багатьох років. Потужність цих товщ від перших метрів до 1700 м в Якутії. Такі породи і товщі називаються вічно - або багатолітньомерзлими, а територія їх розповсюдження — областю вічної мерзлоти, або кріолітозоною земної кори. Від’ємна температура порід коливається від 0° С до —13° С.

Під дією тепла води в річках і озерах та підземних вод, що виходять з глибин по тектонічних розломах, на деяких вододілах і південних схилах у області вічної мерзлоти утворюються масиви і острови талих порід. Тому в ній виділяються зони:

- суцільного розповсюдження мерзлих порід, в якій площа, що зайнята талими породами, не перевищує 5%;

- переривистого розповсюдження мерзлоти, де до 50% території займають масиви і острови талих порід;

- масивно-острівного розповсюдження, в якій на частку мерзлих порід доводиться 50—10% площі.

- острівного розповсюдження — острови мерзлих масивів на фоні талих порід займають менше 10% території.

Частина території не суцільного розповсюдження мерзлоти з температурою ґрунтів від 0 до —1,5° С називається підзоною нестійкої або високотемпературної мерзлоти.

Товща порід може бути суцільномерзлою (безперервна мерзлота) або містити прошарки талих ґрунтів (шарувата мерзлота). Розрізняють вічну мерзлоту, що зливається, коли взимку верхня поверхня мерзлої товщі з'єднується з шаром зимового промерзання, що відтає влітку. А також таку, що не зливається, — якщо цього злиття немає або воно відбувається не щороку, тобто між підошвою шару сезонного промерзання і покрівлею вічномерзлої товщі залишається шар талого ґрунту.

Кріогенною текстурою називається будова мерзлого ґрунту, що характеризується розмірами, формою і просторовим розподілом в ній льоду. Вирізняють масивну, шарувату і сіткову кріогенні текстури мерзлого ґрунту.

При будівництві споруд на промерзаючи ґрунтах стараються зберегти їх природний стан. Для цього влаштовують холодні підпілля або холодний перший поверх будівлі, прокладаючи охолоджуючі труби або канали. Споруди зводять на палях. У пластично-мерзлі ґрунти палі забивають або занурюють у заздалегідь пробурені свердловини, діаметр яких менший за найменший розмір поперечного перетину палі. Для пластичномерзлих ґрунтів допускають їх відтавання в процесі будівництва і експлуатації будівель і споруд.

Норми проектування будівель і споруд у області вічної мерзлоти приведені в СНіП 1976 р.

 

Кріогенні явища і процеси

 У місцях локальних скупчень води і при її підтяганні від рівня підземних вод до фронту промерзання ґрунту в мерзлій товщі з'являються лінзи і прошарки підземного льоду. При морозах земля з поверхні розтріскується. У морозобійні тріщини проникають поверхневі води. Замерзаючи, вони утворюють жили льоду клиновидної в розрізі форми, ширина яких може досягати декількох метрів, а довжина і глибина — десятків метрів. На рис. 1.11 показані форми залягання підземного льоду в товщах ґрунтів. Якщо лінза льоду, що утворюється, підпирає залягаючі вище ґрунти, горб, що з'являється, називається гідролакколітом (рис. 1.12). Тиск льоду і води в ядрі гідролакколіту може розірвати перекриваючі шари ґрунтів і тоді вода виливається на поверхню горба, а замерзаючи, утворює наледеніння. Наледі ґрунтових, підземних і змішаних з поверхневими вод з'являються і ростуть в холодному сезоні в місцях виходів води на поверхню.

При багаторічному промерзанні вологих глинистих ґрунтів утворюються крупні горби пучення. Сезонні горби пучення виникають в холодному сезоні і зникають в теплому. Пучення відбувається при збільшенні об'єму глинистих і пилуватих ґрунтів, а іноді і дрібних пісків при промерзанні.

Воно пов'язане з утворенням в ґрунті кристалів, дрібних лінз і прошарків льоду за рахунок вологи (верхова пучина), що є в самому ґрунті, або унаслідок її підтягання від рівня ґрунтових вод (корінна пучина) або залягаючих нижче зволожених ґрунтів. У природі пучення переважно відбувається на ділянках, з яких сніг здувається вітрами, оскільки сніговий покрив мало теплопровідний і ґрунти під ним промерзають на невелику глибину.

При поперемінному охолодженні і нагріванні покривних порід на схилах утворюються куруми і шари мілкоземного десерпцію. Відтавання перезволожених піщано-глинистих ґрунтів на пологому, переважно безлісому схилі призводить до їх течії. Цей процес називається соліфлюкцією. На схилі при цьому з'являються спливи, потоки, рови, шлейфи сплившого ґрунту, терасовидні уступи ґрунтів, нерідко сильно перемішаних і перезволожених.

 

Рис. 1.11 - Форми залягання підземного льоду: 1—крижані жили; 2—лінзи і прошарки льоду; 3—гідролакколіт; 4—крижаний пласт; 5—рівень надмерзлотних ґрунтових вод; 6—покрівля вічномерзлої товщі; 7—водотривкий шар

Рис. 1.12 - Гідролакколіт 1—ґрунтовий потік; 2—льодяний горб; 3—вихід надмерзлотних вод на поверхню з утворенням наледеніння

 

ПІДЗЕМНІ ВОДИ