Особенности залегания и распространения
1.1. Любые горные породы, имеющие отрицательную температуру и содержащие лед, являются мерзлыми. Наряду с типично мерзлыми грунтами, т.е. содержащими лед, встречаются породы с отрицательной температурой, но без льда, например, маловлажные сыпучие песчаные, гравийные и галечниковые, сухие скальные и полускальные грунты, а также породы, насыщенные минерализованными водами. Все эти грунты не относятся к типично мерзлым, так как их свойства при отрицательной температуре не изменяются. Однако при проектировании и строительстве на них сооружений (выемок некоторых подземных коммуникаций, дренажей, помещений и др.) необходимо учитывать их температурное состояние.
1.2. Переход воды в лед при промерзании грунтов существенно изменяет их физическое состояние, деформируемость, прочность, водопроницаемость, а также электрические, тепловые и другие свойства. Кроме того, промерзание грунтов сопровождается развитием особых мерзлотных процессов и явлений, таких как изменение строения пород (структуры и текстуры), перераспределение влаги в них, морозное пучение, образование морозобойных трещин, наледные явления и др.
Лед, как породообразующая составная часть мерзлых грунтов, является неустойчивой фазой. При повышении температуры окружающей среды грунт оттаивает, происходит изменение его свойств, а у некоторых резко изменяются физическое состояние, прочность, деформируемость, водонепроницаемость, развиваются провальные и просадочные (термокарстовые), оползневые и другие явления. При оттаивании мерзлых грунтов сооружения, построенные на них, испытывают значительные неравномерные и резкие осадки (просадки), поэтому часто происходят значительные их деформации и даже разрушения. Все перечисленное показывает, что условия строительства сооружений на таких породах и обеспечение их устойчивости представляет сложную проблему.
1.3. На территории Советского Союза вечномерзлые грунты занимают примерно 47 % его площади, охватывая северные и северо-восточные районы. В тех случаях, когда в области многолетней мерзлоты породы деятельного слоя в зимнее время сливаются с вечномерзлыми, говорят о сливающейся мерзлоте, а когда они не сливаются, т.е. между ними остается талик (талые породы), говорят о несливающейся мерзлоте.
1.4. Рассматривая географическое распространение многолетней мерзлоты, необходимо отметить, что в северных и северо-восточных районах они имеют сплошное распространение (зона сплошного распространения многолетней мерзлоты) и мощность их измеряется там сотнями метров, а среднегодовая температура достигает минус 7, 10 и даже -12 °С. К южной границе распространения вечномерзлых грунтов их мощность уменьшается до десятков метров, здесь чаще встречаются талики, а температура пород изменяется от минус 0,2 до минус 2 °С. Вблизи этой границы вечномерзлые породы встречаются главным образом на отдельных участках (зона островной многолетней мерзлоты), мощность их не превышает первых десятков метров, а температура изменяется от 0 до минус 0,3 °С. В вертикальном разрезе многолетнемерзлые породы также могут либо иметь непрерывное распространение, либо разделяться таликами, т.е. быть слоистыми.
Вообще же перерывы по вертикали для мощных толщ вечномерзлых грунтов малохарактерны. Это объясняется тем, что периоды интенсивного промерзания грунтов связаны с глобальнокосмическими причинами и поэтому весьма длительны. Зато в плане отмечается значительная пестрота в чередовании вечномерзлых и талых грунтов, что связано с локальными отепляющими воздействиями.
1.5. Талики следует подразделять на сквозные и несквозные (псевдоталики). Сквозные талики образуются, например, в результате длительного воздействия больших водотоков, так как вода даже при близкой к 0 °С температуре интенсивно отепляет мерзлые грунты.
1.6. Геофизической границей между вечномерзлыми и талыми грунтами служит нулевая изотерма среднегодовых температур грунта. Физическую границу между мерзлыми и талыми грунтами в какой-то момент времени представляет нулевая изотерма температур грунта. Температура замерзания грунтов не всегда равна 0 °С, поэтому положение физической границы определяется изотермой температуры замерзания грунтов. Отсюда физическая и геофизическая границы не всегда совпадают, что необходимо учитывать при картировании вечномерзлых грунтов.
Глубина, на которой годовые колебания затухают и температура грунтов в течение года не меняется, является глубиной годовых нулевых амплитуд, а толща грунтов от поверхности до этой глубины – слоем годовых колебаний температуры. Неизменная в течение года температура на подошве этого слоя – одна из важных характеристик температурного режима грунтов в естественных условиях.
1.7. В пределах слоя годовых колебаний температуры на каждом уровне существует среднегодовая температура. Она меняет свое значение при движении снизу вверх от температуры на глубине годовых нулевых амплитуд до среднегодовой температуры поверхности грунта.
Среднегодовая температура грунта является показателем его энергетического состояния, что дает возможность использовать эту характеристику температурного режима для типизации инженерно-геологических мерзлотных условий. Она отличается достаточным постоянством в пределах однородных литолого-генетических комплексов грунтов. Температурный режим грунтов в целом зависит от их состава и свойств и определяется количеством тепла, поступающего в грунты. В свою очередь теплообмен через поверхность зависит от количества приходящей к поверхности энергии и определяется условиями теплообмена на ней. В среднегодовой температуре грунта отражается влияние этих факторов.
1.8. Важнейшая особенность мерзлых грунтов, как отмечалось, состоит в том, что в них в качестве породообразующей части входит лед. Он может находиться в породах в виде цемента, т.е. в тонкодисперсном виде, в виде отдельных кристаллов и их скоплений, прослойков, слоев, жилок и мощных жил, линз и др.
Минимальная льдистость обусловлена содержанием в грунте льда в виде цемента. Максимальная льдистость пород обусловлена содержанием в них льда в виде включений, линз, прослоев, жил и др. Отсюда вытекает необходимость выделения инъекционных, повторно-жильных, погребенных и других льдов в особую группу. При изысканиях такие участки следует выделять в качестве неблагоприятных для строительства.
