|
апрель 2007 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИИ
содержание
Л.Н. Хрусталев
По данным метеорологических наблюдений установлено, что с середины 60-х годов ХХ столетия на планете происходит устойчивое повышение средней годовой температуры воздуха. Это потепление с одной стороны связано с естественно - исторической динамикой климата, а с другой - хозяйственной деятельностью человека. Потепление климата в свою очередь приводит к повышению температуры вечномерзлых грунтов. А.В. Павловым [1] были собраны и проанализированы данные геокриологических стационаров, функционирующих в настоящее время и имеющих длительные ряды наблюдений (не менее 20 лет). Современное повышение температуры грунтов на глубине 10 м составляет около 0,3 °C на Европейском Севере и 1,2 °C - на севере Западной Сибири. При этом соотношение между повышением температуры грунтов и воздуха составляет 0,33 - 0,75 °C.
Повышение температуры воздуха и температуры грунтов приводит к повышению расчетной температуры оснований инженерных сооружений, определяющей расчетное сопротивление мерзлого грунта. Зная снижение расчетного сопротивления во времени можно наметить инженерные мероприятия, которые обеспечат необходимую несущую способность оснований в условиях потепления климата. На стадии проектирования главным из них является увеличение опорной конструкции фундамента, т.е. повышение коэффициента надежности. Таким образом, рассматриваемая нами проблема распадается на три взаимосвязанные задачи: прогноз средней годовой температуры воздуха; прогноз температуры грунта; определение коэффициента надежности.
Как показано в работе [2], закономерности многолетних изменений средней годовой температуры воздуха могут быть установлены методом авторетроспективного анализа метеорологических рядов наблюдений. Этот метод был реализован нами для 10 районов криолитозоны, что позволило осуществить прогноз эволюции криолитозоны в этих районах, обусловленный потеплением климата. Прогноз осуществлялся методом математического моделирования теплового взаимодействия в системе атмосфера - литосфера [3]. В результате установлено, что, например, в районе г. Мирный температура воздуха начиная с 1971 г повышается со средней интенсивностью 0.04 °C/год, температура грунта - 0.036 °C/год, мощность мерзлых толщ практически остается без изменений, а сезонное оттаивание с 2030 г трансформируется в многолетнее. Это приводит к изменению надежности геотехнических систем. В нашей работе [4] показано, что надежность непосредственно связана с коэффициентом надежности, который является управляющим параметром геотехнической системы и позволяет противостоять климатическим изменениям. Указанный коэффициент зависит от многих параметров - климатических, геологических, конструктивных и экономических, поэтому он не может назначаться директивно, а должен вычисляться дифференцированно для каждого района. В таблице приведены его значения, вычисленные для 10 районов криолитозоны, для которых осуществлялся прогноз геокриологических условий.
Таблица. Значения коэффициента надежности (KH) и соответствующие им значения надежности (P) оснований жилых зданий на период 2000 - 2050 г.г. , учитывающие потепление климата.
Район |
T0,°C |
l = 6 м |
l= 8 м |
l= 12 м |
KH |
P |
KH |
P |
KH |
P |
Якутия |
Чекурдах |
-11.1 |
1.214 |
0.992 |
1.160 |
0.996 |
1.104 |
0.998 |
Тикси |
-10.7 |
1.411 |
0.984 |
1.301 |
0.990 |
1.190 |
0.995 |
Верхоянск |
-7.3 |
1.263 |
0.986 |
1.198 |
0.991 |
1.129 |
0.996 |
Усть-Мая |
-4.0 |
1.403 |
0.913 |
1.316 |
0.923 |
1.214 |
0.943 |
Мирный |
-3.4 |
1.183 |
0.746 |
1.646 |
0.773 |
1.436 |
0.804 |
Туой-Хая |
-2.8 |
1.549 |
0.949 |
1.451 |
0.958 |
1.319 |
0.966 |
Западная Сибирь |
о. Белый |
-8.6 |
1.344 |
0.983 |
1.255 |
0.989 |
1.165 |
0.995 |
Салехард |
-2.0 |
2.222 |
0.727 |
1.892 |
0.777 |
1.581 |
0.824 |
Надым |
-1.6 |
2.620 |
0.730 |
2.210 |
0.790 |
1.823 |
0.849 |
Полуй |
-0.6 |
3.960 |
0.630 |
2.990 |
0.767 |
2.210 |
0.878 |
Условные обозначения: T0 - температура грунта на глубине нулевых годовых теплооборотов, средняя за период, предшествующий началу потепления климата; l - глубина погружения свай..
Литература
- 1. Павлов А.В. Мерзлотно-климатические изменения на севере России: наблюдения, прогноз // Изв. РАН, сер. геогр., 2003, N 6, С. 39-50.
- 2. Хрусталев Л.Н., Медведев А.В., Пустовойт Г.П. Многолетнее изменение температуры воздуха и устойчивость проектируемых в криолитозоне сооружений // Криосфера Земли, 2000, т. IV, N 3, С. 35-41.
- 3. Программа расчета теплового взаимодействия инженерных сооружений с вечномерзлыми грунтами // Свидетельство N 940281. РосАПО,1994 (авторы Хрусталев Л.Н., Емельянов Н.В., Пустовойт Г.П., Яковлев С.В.)
- 4. Хрусталев Л.Н., Пустовойт Г.П. Вероятностно-статистические расчеты оснований зданий в криолитозоне. Новосибирск, Наука, 1988, 253 с.
|
