Теплофизические, химические, механические свойства промерзающих, мерзлых и оттаивающих пород. Теоретические основы инженерного мерзлотоведения.

Блок 1: Предложен метод прогноза термического отклика многолетнемерзлого грунта на потепление климата основанный на постулате о пренебрежимо малом изменении параметров теплообмена в граничном условии на поверхности массива в течение достаточно длительного временного отрезка (не менее 10 лет). Это позволяет определить указанные параметры по опытным данным о величине сезонного протаивания грунта и температуре на глубине нулевых годовых амплитуд. Этим исключается из процедуры прогноза весьма сложный и трудоемкий этап изучения влияния отдельных параметров теплообмена на величину термического отклика. Примеры расчета косвенно учитывают весь комплекс локально действующих факторов (сезонное осадконакопление, растительность, характеристики ветра и т.д.), а также радиационный баланс на поверхности грунта. В практическом плане на базе разработанного метода с целью экономии капитальных затрат предложена технология циклического проектирования и эксплуатации сооружений, основанная на 10-летнем прогнозе состояния грунтов и обязательном мониторинге состояния сооружения. Блок 2: Выполнена оценка влияния направления температурного градиента на теплопроводность слоя теплоизоляции из разработанного ранее материала-пеностеклокерамики (при его возможном влагонаполнении) и прогнозировании глубины протаивания многолетнемёрзлого основания сооружения с учётом скорректированной теплопроводности изолятора. Исследовано влияние направления температурного градиента на тепловодность слоя гранулированной пеностеклокерамики в лабораторных условиях. Корректировка теплопроводности теплоизолятора позволила более точно спрогнозировать изменение глубины оттаивания основания и оценить риски негативного воздействия на сооружение. Предложена экономически эффективная технология строительства в криолитозоне с применением теплоизоляционной подушки из гранулированной пеностеклокерамики, позволяющая исключить сооружение свайных фундаментов, проветриваемых подполий и дорогостоящих СОУ. Блок 3: Предложена двухтрубная конструкция вертикального естественно-конвективного охлаждающего устройства, способного производить замораживание грунтов до ранее не достижимой глубины – более 100 м. Выполнено теоретическое обоснование работоспособности такого устройства и приведены результаты расчета, подтверждающие такую возможность (в конкретном примере – до глубины 200 метров). Блок 4: По разработанной ранее методике выполнена серия экспериментов по определению коэффициента гидропроводности мерзлой глины при температурах образца вблизи точки его замерзания и при различных значениях перепада напора и среднего давления. Экспериментально установленные значения коэффициента гидропроводности имеют порядок 10-15 м2/Па с и близки к ранее установленным значениям другими исследователями. Полученная зависимость потока жидкости от перепада гидравлического напора подтверждает справедливость закона Дарси для мерзлых грунтов. Результаты исследования могут быть использованы в гидротехническом строительстве при оценке проницаемости мерзлых ядер плотин, при описании миграционных процессов в промерзающих грунтах, а также при оценке экологических последствий в результате инфильтрации жидких углеводородов в мерзлые грунты. Блок 5: Создана и испытана экспериментальная установка, позволяющая получать капельные кластеры в кювете с подогреваемой водой. Для стабилизации радиуса капель создан стабилизатор температуры воды. Предложен и опробован метод определения поверхностного натяжения капельного кластера по времени релаксации его возмущенной формы к форме круга. Для размеров кластера порядка мм, размера капель порядка 10 мкм и расстоянию между каплями порядка 0,1 мм время релаксации кластера к равновесному состоянию формы имеет порядок нескольких секунд. Полученные данные могут быть использованы для уточнения существующих моделей циркуляции воздушных масс в атмосфере и прогнозирования погодных явлений. Блок 6: Получено решение задачи об эволюции вращательного движения Марса за 1 млн. лет в прошлое, которое подтверждает ранее полученные результаты других исследователей. Установлен период прецессии оси вращения Марса, а также периоды и амплитуды колебания ее параметров. По сравнению с Землей период прецессии оси Марса в 6.8 раз больше, чем для Земли, несколько больше также амплитуда колебаний угла наклона. Следствием этого может быть удлинение периода климатических колебаний и увеличение их амплитуды на Марсе по сравнению с аналогичными процессами на Земле.