- •1. Древнейший ледниковый период.
- •2. Химические реакции и процессы в дисперсных породах.
- •1. Позднепротерозойский ледниковый период.
- •2. Химические процессы при однократном промерзании рыхлых отложений.
- •1. Раннепалеозойский ледниковый период
- •2.Химические процессы при многократном промерзании – протаивании пород.
- •1. Позднепалеозойский ледниковый период.
- •2.Физико-химические и механические процессы в промерзающих и протаивающих породах (с миграцией влаги – в талый слой).
- •1.Кайнозойский ледниковый период.
- •2.Физико-химические и механические процессы в промерзающих и протаивающих породах (с миграцией влаги – в мёрзлый слой).
- •Физико-химические и механические процессы в промерзающих и протаивающих породах (без миграции влаги).
- •1.Состав и строение мерзлых пород.
- •2.Физико-химические и механические процессы при протаивании тонкодисперсных пород (без миграции влаги).
- •1. Классификация подземных льдов: повторно-жильные льды, жильные льды.
- •2.Физико-химические и механические процессы при протаивании дисперсных пород (с миграцией влаги).
- •1. Классификация подземных льдов: миграционно - сегрегационные льды.
- •2.Физико-химические и механические процессы при циклическом промерзании-протаивании.
- •1. Прогноз изменений геокриологических условий при освоении территории: геокриологический и техногенный прогноз.
- •2. Классификация подземных льдов: лед-цемент и миграционно - сегрегационый лед.
- •1. Изменение состава и строения рыхлых отложений при их эпигенетическом промерзании.
- •2. Классификация подземных льдов: пещерные льды и льды горных выработок, погребенные льды.
- •1. Теплофизические процессы в промерзающих и протаивающих породах: тепловое излучение, конвективный перенос тепла.
- •2.Инженерное прогнозирование: при городском строительстве.
- •1. Первый закон Фурье.
- •2.Инженерное прогнозирование: при линейном строительстве.
- •1.Второй закон Фурье.
- •2. Инженерное прогнозирование: при гидротехническом строительстве.
- •1.Третий закон Фурье.
- •2. Инженерное прогнозирование: при подземном строительстве.
- •1.Влагоперенос и льдовыделение в мерзлых породах: под действием градиента температуры.
- •2. Геокриологическая съемка.
- •1.Особенности органо-минерального и химического состава мерзлых пород: первичные и вторичные нерастворимые в воде минералы.
- •2.Геокриологическое районирование.
- •1. Природа и механизм миграции влаги в дисперсных породах: относительный термодинамический потенциал, дифференциальная влагоемкость грунта.
- •2.Инженерное прогнозирование: при агробиологическом освоении.
- •1.Особенности органо-минерального и химического состава мерзлых пород: вторичные растворимые в воде минералы.
- •2. Влагоперенос и льдовыделение в мерзлых породах: при взаимодействии их с внешней средой.
- •1.Особенности органо-минерального и химического состава мерзлых пород: органо-минеральная часть мерзлых пород.
- •2.Влагоперенос и льдовыделение в мерзлых породах: под действием градиента механических напряжений.
- •1.Особенности органо-минерального и химического состава мерзлых пород: органическое вещество в криолитозоне.
- •2.Влагоперенос и льдовыделение в мерзлых породах: под действием градиента электрического поля.
- •1. Сублимация и десублимация (аблимация) влаги в мерзлых породах.
- •2. Влагоперенос и льдовыделение в мерзлых породах: под действием осмотических сил.
- •1.Принципы и методы управления мерзлотным процессом.
- •2. Энергетический баланс Земли.
2.Физико-химические и механические процессы в промерзающих и протаивающих породах (с миграцией влаги – в мёрзлый слой).
В мерзлой части породы, как и в случае промерзания без влагопереноса, происходят интенсивные фазовые переходы воды в лед с увеличением ее объема на 9 % и раздвижением (дезинтеграцией) крупных агрегатов и блоков. Поскольку лед образуется прежде всего в крупных (межагрегатных) порах, размер агрегатов уменьшается, их плотность увеличивается за счет радиального сжатия растущими кристаллами льда. Размер скелетных межагрегатных пор увеличивается в несколько раз по сравнению с порами в талой обезвоживающейся части породы.
Дополнительное поступление (за счет миграции) влаги из талой части в промерзающую часть породы обеспечивает, с одной стороны, развитие расклинивающего давления в пленках незамерзшей воды, т. е. набухание целиком влаго- и льдонасыщенной породы, а с другой - дальнейшее раздвижение (дезинтеграцию) макро- и мезоагрегатов за счет увеличения объема мигрировавшей влаги при ее переходе в лед. Следовательно, в мерзлой части промерзающей породы в результате миграции влаги резко интенсифицируется набухание - распучивание, наблюдаются дробление и переориентировка агрегатов.
Не менее существенным и новым физико-химическим и механическим процессом при промерзании дисперсных пород с миграцией влаги (по сравнению с промерзанием без миграции влаги) является дифференциация породы на массивно-мерзлую (скелетно-минеральную) часть и визуально фиксируемые прослои миграционно-сегрегационного льда. Образование этих прослоев льда происходит по зонам концентрации напряжений, конфигурация которых в основном соответствует будущему типу криогенной текстуры. Поступающая в эти зоны из-за действия grad t и grad P связанная вода вначале производит расклинивающее действие, преодолевающее локальную прочность породы на разрыв, а затем замерзает, увеличиваясь в объеме.
Если ледяные прослои содержат грунтовые включения, то при наличии grad t происходит их перемещение, к участкам с более высокой отрицательной температурой, т. е. наблюдается так называемое «самоочищение» льда от примесей и посторонних включений. Связано это с неравномерностью толщины пленок незамерзшей воды (при наличии grad t) на противоположных гранях грунтовых включений.
Промерзание пород с подтоком влаги в мерзлую зону обычно сопровождается расширением этой зоны, проявляющимся в пучении поверхности грунта. Талая часть породы при этом подвергается уплотнению в результате усадки обезвоживающегося грунта, а иногда и за счет его компрессии под действием вышележащей распучивающейся мерзлой части породы (при невозможности ее деформирования вверх).
Экзаменационный билет № 6
Закономерности формирования и развития толщ мерзлых пород и сезонного промерзания и протаивания.
Физико-химические и механические процессы в промерзающих и протаивающих породах (без миграции влаги).
В случае промерзания без миграции влаги замерзающая в порах породы свободная или слабосвязанная вода увеличивает свой объем при переходе в лед почти на 9%. Если степень заполнения пор влагой G=1, замерзающий грунт испытывает объемное расширение и локальное уплотнение агрегатов породы, что вызывается значительным кристаллизационным давлением, развивающимся при переходе воды в лед. Так, при невозможности объемного расширения замерзающая вода способна развивать давление, равное 2200 МПа. Наибольшему уплотнению (обжатию) подвергаются крупные грунтовые агрегаты, между которыми находятся самые крупные поры, вода в которых замерзает в первую очередь (при отрицательных температурах, близких к 0°С). Жидкая вода в таком случае должна выжиматься из более тонких внутриагрегатных пор в крупные межагрегатные поры и кристаллизоваться на новом месте, приводя к разрушению межагрегатных структурных связей. При дальнейшем понижении отрицательной температуры наряду с обжатием грунтовых микро- и мезоагрегатов начинается процесс замерзания связанной воды во внутриагрегатных порах, которая при переходе в лед и невозможности свободного оттока разрывает структурные внутриагрегатные связи и приводит к дроблению (диспергации) минеральных агрегатов грунта.
Одновременно с процессом диспергации породы могут развиваться также процессы агрегации и усиления структурных связей как между грунтовыми элементарными частицами, так и между небольшими по размеру агрегатами. При замерзании влажных дисперсных пород увеличивается концентрация ионов в незамерзшей части воды. В результате этого может быть достигнут порог коагуляции, и произойдет коагуляция (агрегация) грунтовых частиц с уменьшением общей активной поверхности и дисперсности.
Экзаменационный билет № 7