📙 Подробнее о том, что такое морозное пучение и какие грунты пучинистые можно прочитать здесь:
Как уже было сказано в статье выше, морозное пучение будет иметь место при наличии следующих факторов:
- пучинистый грунт
- температура, достаточная для промерзания грунта
Для разных условий эта температура различна (менее 0 °С), подробнее об этом - ниже.
- вода в грунте
Морозное пучение происходит при промерзании грунтов.
Промерзание грунтов – это переход грунта из одного состояния в другое с резким изменением его физико-механических свойств.
Глубина и характер промерзания грунтов зависят от температуры воздуха, продолжительности действия отрицательной температуры, вида грунта, его влажности (степени увлажнения), растительности, высоты снежного покрова и ряда других метеорологических факторов.
(Глубина проникновения отрицательной температуры в грунт неодинакова)
Все грунты замерзают при температуре ниже 0 °С.
Крупнообломочные грунты замерзают при температуре, близкой к 0 °С, с образованием заметной границы между талым и мерзлым грунтами.
Температура замерзания мелкодисперсных грунтов более низкая, чем у крупнообломочных грунтов. При промерзании мелкодисперсных грунтов образуется зона промерзания (слой, в котором происходят фазовые превращения воды), разделяющая полностью промерзший и талый грунты.
Почему грунты замерзают при разной температуре
Это связано с тем, что мелкозернистые грунты имеют мелкие поры и повышенное количество связной воды, которая замерзает при более низкой температуре, чем свободная вода.
На это влияет совокупность свойств грунтовой воды, которые как раз и понижают температуру её замерзания, а вместе с ней и самого грунта: грунтовая вода, обычно, является связной, с плотностью более 1 г/см3, содержит растворимые соли, взвешенные частицы, испытывает большое давление со стороны защемленного воздуха и имеет меньшую степень подвижности, чем вода, находящаяся в свободном состоянии.
Чем выше температуропроводность грунта, тем больше глубина его промерзания. Влажность грунта в начальный момент способствует промерзанию, так как увеличивает теплопроводность, а в дальнейшем процесс замедляется. Это связано с тем, что при замерзании воды выделяется теплота льдообразования, поэтому скорость и глубина промерзания более влажного грунта будут меньше, чем грунта с меньшей влажностью.
Например, глинистый грунт с влажностью 30 % замерзает при температуре от минус 1,0 °С до минус 2,0 °С, а песок с 10 %-ной влажностью – при температуре минус 0,5 °С.
Что такое глубина сезонного промерзания грунта
Глубина сезонного промерзания грунта - глубина, на которую промерзает грунт за весь зимний сезон.
В инженерной практике определяют нормативную глубину промерзания, за которую принимают среднее из многолетних наблюдений значений глубины сезонного промерзания на открытой площадке, лишённой снежного и растительного покрова с глубоким залеганием уровня грунтовых вод.
Глубина сезонного промерзания и сезонного оттаивания зависит от:
- Свойств грунтов (влажность, теплоёмкость, теплопроводность)
Для различных грунтов глубина сезонного промерзания различна (для крупно скелетных грунтов - больше, чем для песчаных, супесчаных и суглинистых грунтов, глубина промерзания для которых больше, чем для торфянистых грунтов).
- Температуры и амплитуды колебаний температуры
При увеличении амплитуды колебаний мощность сезонно-талого слоя мёрзлого грунта увеличивается.
При этом увеличение промерзания нижнего слоя приводит к снижению степени его напряжённого состояния на уровне активного выделения льда (у фронта промерзания) и это приводит к уменьшению пучения грунта.
А факторы которые уменьшает скорость промерзания (например, снежный покров, падение температуры снизу вверх, градиент температуры) усиливают пучение. Это происходит потому, что при быстром промерзании значительная часть влаги замерзает на месте, а медленное промерзание даёт возможность большему количеству связанной воды постепенно достигать фронта промерзания.
В малоснежные зимы, при спуске водоёмов, сезонное промерзании может быть настолько значительным, что промёрзший слой не успевает за лето полностью оттаять.
Если потери тепла из грунта в атмосферу за холодный сезон из года в год превышают тепло-аккумуляцию, начинается многолетнее промерзании земной коры и образуется криолитозона.
Как происходит морозное пучение грунта
Промерзание грунта начинается с переходом температуры воздуха от положительного значения к отрицательному, до установления постоянного снежного покрова, защищающего грунт от охлаждения.
При этом верхняя часть грунта промерзает, и частицы влаги (поровой воды), содержащиеся в грунте, превращаются в лёд.
В первые 1-2 месяца скорость сезонного промерзания близка к постоянной, затем она резко снижается. К весне глубина промерзания достигает максимума.
Оттаивание мёрзлого грунта начинается после схода снега и осуществляется сверху (основная часть) в результате аккумуляции солнечного тепла и снизу - за счёт притока тепла из глубжележащих слоёв грунта.
Морозное пучение в природных условиях подразделяется на сезонное (при промерзании ежегодно оттаивающих приповерхностных слоев грунта) и многолетнее (при новообразовании толщ мёрзлых пород).
Увеличение объема и деформирование дисперсных грунтов при промерзании происходит из-за образования и увеличения ледяных линз в результате расширения воды при переходе её в лёд и набухания содержащихся в грунте коллоидов, что сопровождается раздвиганием частиц скелета грунта.
При последующем оттаивании пучинистого грунта происходит его осадка.
Показатели пучения также зависят от:
- фильтрационных показателей грунта, его дисперсностью, гранулометрическим и минеральным составом, исходной влажностью и плотностью, составом обменных катионов, степени текучести грунта
- гидрогеологических условий, в т.ч. положения уровня грунтовых вод, наличия в нижерасположенных слоях грунта большого количества свободной воды
- региона, длительности зимнего периода, величины зимних температур
- скорости и глубины промерзания
- внешней нагрузки
📙 О том, как учесть морозное пучение при проектировании и строительстве можно прочитать здесь:
👷♂️ Если есть какие-либо вопросы или предложения - пишите
