 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Принципы и приемы управления мерзлотным процессом
При освоении криолитозоны постоянно приходится решать вопросы, связанные с необходимостью изменения геокриологических условий в нужном для народного хозяйства направлении. Постановка задач об управлении геокриологическим процессом уже сама по себе требует знания тех природных условий и той геокриологической обстановки, которые существуют на данный момент в естественных условиях и которые будут в дальнейшем подвергнуты искусственному преобразованию.
Комплекс работ, проводимых с целью управления геокриологическим процессом, осуществляется в определенной последовательности. Первоочередным и обязательным является изучение природных (в том числе и геокриологических условий территории освоения. Изучение геокриологических условий базируется на выявлении частных и общих закономерностей формирования и развития сезонно- и многолетнемерзлых пород и их характеристик в зависимости от комплекса природных условий и от каждого элемента геолого-географической среды. Эта задача представляет собой непосредственную цель геокриологической съемки. Поэтому очевидно, что геокриологическая съемка должка входить составной частью в комплексные исследования, но управлению мерзлотным процессом. Завершается этот этап составлением геокриологических карт.
Следующий этап работы включает характеристику и типизацию планируемых при освоении территории техногенных нагрузок и воздействий, выявление сопутствующих им изменений природных условий. Этот этап исследований проводится с целью получения исходных данных для геокриологического прогноза.
Далее, на основе выявленных закономерностей формирования геокриологических условий и учета техногенных воздействий составляется геокриологический прогноз, при котором оцениваются вероятные изменения среднегодовой температуры, состава и свойств грунтов, глубин их сезонного и многолетнего оттаивания и промерзания, характера развития криогенных процессов.
В задачи следующего этапа исследований входит выявление участков, на которых могут сформироваться геокриологические условия, не отвечающие предъявляемым к ним требованиям. При проектировании зданий и сооружений это могут быть участки, на которых не представляется возможным реализовать принятый принцип строительства. На этих участках на основе результатов прогноза обосновывается необходимость целенаправленного изменения геокриологических условий (распространения и условий залегания многолетнемерзлых пород, температурного режима, глубин сезонного промерзания и оттаивания, состава, строения, свойств сезонно- и многолетнемерзлых пород, развития криогенных процессов).
Такое целенаправленное изменение отдельных характеристик мерзлых пород может быть осуществлено с применением различных методов и приемов мелиорации. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо выбрать наиболее приемлемые, рациональные способы. Для этой цели прежде всего необходимы исследование приемов водно-тепловой мелиорации и обоснование возможности применения в данном районе того или иного метода для направленного изменения природной обстановки с целью формирования нужных мерзлотных условий. Должна быть дана оценка экономичности использования мероприятий с учетом времени, отведенного для их проведения.
Необходимо отметить, что каждый прием наряду со своим основным (прямым) воздействием на отдельные элементы природной обстановки косвенным образом в большей или меньшей степени обусловливает изменения всех прочих элементов геологической среды. В некоторых случаях это может приводить к нежелательным изменениям геокриологических условий. Итогами этого этапа являются составление проекта мероприятий по целенаправленному изменению мерзлотных условий, районирование территории с выделением участков, характеризующихся одинаковыми мерзлотными условиями и требующих определенных приемов (или комплекса приемов) по управлению мерзлотным процессом.
На заключительном этапе исследований дается характеристика каждого из выделенных участков мелиорируемой территории по тем искусственно созданным геолого-географическим и геокриологическим условиям, которые будут иметь место после осуществления мелиорации. Составляются после мелиоративные геокриологические карты.
Для целенаправленного изменения геокриологических условий; проводят ряд мероприятий в следующей последовательности:
1. Изучение геокриологических условий территории в процессе, проведения геокриологической съемки.
2. Характеристика и типизация техногенных воздействий и нагрузок.
3. Прогноз изменения геокриологических условий.
4. Обоснование необходимости целенаправленного изменения геокриологических условий.
5. Составление проекта мероприятий по целенаправленному изменению геокриологических условий.
6. Составление послемелиоративных карт.
Таблица 7.2
Классификационная схема приемов управления мерзлотным процессом
| Системы приемов | Отделы приемов | Параметры, через которые могут быть преобразованы направленно изменяемые элементы природного комплекса | Приемы управления | |
| Группа приемов, регулирующих внешний теплообмен | ||||
| Регулирующих соотношение составляющих радиационного баланса | Суммарная коротковолновая радиация, Q+q | А. Прозрачность атмосферы Б. Угол наклона поверхности к горизонту В. Экспозиция местности | Устройство навесов, затенение путем насаждения деревьев, кустарников; изменение угла наклона поверхности и планировка местности; экранирование поверхности теплопрозрачными пленками | |
| Отраженная коротковолновая радиация, (Q+q)A | А. Характер и высота покрова на поверхности Б. Цвет поверхности В. Шероховатость поверхности Г. Влажность поверхностного слоя почвы | Удаление естественных покровов; искусственное окрашивание поверхности (зачернение, забеление); рыхление, укатка, увлажнение, осушение поверхностного слоя пород | ||
| Эффективное излучение земной поверхности Iэф | А. Температура воздуха и упругость водяного пара Б. Цвет поверхности, ее шероховатость, характер и высота покрова В. Температура излучаемой поверхности | Дымление; экранирование поверхности светопрозрачными пленками, снегом и другими покровами; удаление с поверхности грунта растительного и снежного покровов: непосредственное регулирование температуры поверхности | ||
| Регулирующих соотношение составляющих теплового баланса | Турбулентный теплообмен с приземным воздухом, p | А. Профиль ветра Б. Мера шероховатости поверхности В. Температура поверхности пород Г. Влажность поверхностного слоя пород | Устройство ветровых преград (щиты, лесопосадки); изменение шероховатости поверхности; естественное оттаивание мерзлых пород при послойной разработке; непосредственное регулирование температуры и влажности поверхностного слоя пород | |
| Теплота фазовых превращений влаги, LE | А. Влажность и условия подтока влаги в поверхностном слое пород Б. Профиль ветра В. Мера шероховатости поверхности Г. Температура поверхности пород | Рыхление и укатка поверхностного слоя пород; оттаивание мерзлых пород при послойной разработки; покрытие поверхности слабовлагопроницаемым материалом (мульча, синтетические пленки); пропитка поверхностного слоя пород склеивающими веществами (торфяной клей, лигнин); обработка верхнего слоя пород поверхностно-активными веществами; регулирование скорости ветра и температуры поверхности пород | ||
| Теплообмен с нижележащими породами, B | А. Температура поверхности пород Б. Температурный режим пород (градиенты температур в грунте) В. Состав, влажность и свойства пород | Регулирование мощности и свойств снежного и растительного покровов; перекрытие грунта теплоизоляционными материалами (пенопласты, снежно-ледяные, воздушно-ледяные, вводно-ледяные) | ||
| Группа приемов, регулирующих теплообмен в грунте посредством преобразования состава и свойств мелиорируемых пород | ||||
| Изменяющих состав, свойства и тепловое состояние мелиорирующих пород | Состав органо-минеральной части пород | А. Гранулометрический, химико-минералогический состав породы и состав обменных катионов Б. Содержание органического вещества | Полная или частичная замена мелиорируемых пород; кольматация, цементация, битумизация, силикатизация, пропитка грунта синтетическими смолами; вымывание (вынос) из породы мелкозема, направленное изменение состава и содержания обменных катионов в породе; многократное изменение теплового состояния пород: известкование кислых почв и гипсование солонцеватых; гумусирование почвы и внесение минеральных и бактериальных удобрений | |
| Изменяющих состав, свойства и тепловое состояние мелиорируемых пород | Влажность (льдистость) пород и состав почвенного воздуха | А. Гранулометрический, химико-минералогический состав пород Б. Трещиноватость и пористость пород В. Условия питания, фильтрации и стока подземных вод Г. Тепловое состояние, температурный режим пород, а также условия промерзания и миграции влаги в породе | Обводнение (орошение) и осушение (дренаж) пород; морозный дренаж; электроосмос и электрохимическое закрепление пород; изменение состава и содержания обменных катионов в породе; кольматация, цементация, битумизация, силикатизация, пропитка грунтов синтетическими смолами; глубокое рыхление и искусственное уплотнение грунтов; изменение уровня подземных вод; замораживание или оттаивание пород и регулирование скорости их промерзания | |
| Изменяющих свойства и тепловое сосояние мелиорируемых пород | Свойства и тепловое состояние пород | А. Структурно-текстурные особенности пород (в т.ч. характер подземных льдов и криогенная текстура пород) Б. Тепловое состояние и температурный режим пород В. Условия промерзания - оттаивания пород | Глубокое рыхление пород; уплотнение грунтов с помощью камуфлетного взрыва; уплотнение и разуплотнение грунтов с помощью вибраторов; замораживание-оттаивание пород; изменение условий промерзания пород и непосредственное регулирование их температурного режима. | |
| Группа приемов, изменяющих температурный режим и тепловое состояние мелиорируемых пород посредством использования дополнительных источников и стоков тепла | ||||
| Использующих естественные источники и стоки тепла | Теплоноситель - вода | А. Коэффициент фильтрации пород в талом состоянии Б. Характер подземных льдов, криогенные текстуры пород В. Продольный уклон местности Г. Температура используемой воды, тепловые свойства пород и их температурный режим Д. Расход воды в фильтрационном потоке | Фильтрационно-игловой; фильтрационно- дренажный; дождевально – инфильтрационный; кондуктивно - инфильтрационный (тепловые ванны) | |
| Теплоноситель- воздух | А. Состав, влажность и свойства грунта Б. Характер подземных льдов, криогенные текстуры пород и их температурный режим В. Величина поверхности охлаждающей системы Г. Объем (расход) воздуха в охлаждающей системе и его температура | Естественное вымораживание пород при взаимодействии атмосферного воздуха с обнаженной поверхностью грунтового массива; охлаждающие устройства (проветриваемые подполья, вентиляционные канала, вентиляционные трубы) | ||
| Использующих искусственные источники и стоки тепла | Пар, огонь, различного рода «тепловые штампы» | А. Состав, влажность и свойства грунта Б. Льдистость и криогенные текстуры пород и их температурный режим В. Объем (расход) протекающего через грунт теплоносителя и его параметры Г. Размеры «тепловых штампов» и их температура | Паровая иглооттайка; способы гидрооттайки, использующие искусственно подогретую воду, поверхностный сток горячих вод; оттаивание «поджигом» и огневыми горелками; оттаивание накладными и погруженными в буровую скважину горелками; укладка горячего камня (бута) | |
| Электрическая энергия | А. Льдистость, криогенные текстуры, количество незамерзшей влаги, температурный режим и свойства пород Б. Величина подаваемого напряжения на электроды В. Форма и размер электродов | Объемный прогрев пород посредством электротока, протекающего через грунт; электрогрелки | ||
| Термохимические смеси | А. Состав, влажность, свойства пород и их температурный режим Б. Вид термохимических смесей В. Количество (объем) используемых смесей | Холодильные машины; охлаждающие установки различного типа; зеротеры; использование теплового эффекта физико-химических реакций | ||
Поиск по сайту: