Научный архив: статьи

Цель. Экспериментальное исследование влияния нефтесолевого загрязнения на содержание незамерзшей воды, теплофизические свойства и температурный режим мерзлых грунтов. Объектом исследования являлись модельные грунты в ряду песок- супесь-суглинок-глина с нефтесолевым загрязнением. Исследования проводились для «чистых», засоленных и загрязненных нефтью грунтов, а также грунтов с нефтесолевым загрязнением.

Материалы и методы. Определение содержания незамерзшей воды проводилось с использованием как стандартных контактного и криоскопического методов, так и метода ядерно-магнитного резонанса. Исследование коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости осуществлялось методом монотонного разогрева–охлаждения.

Содержание незамерзшей воды и теплофизические характеристики в широком температурном диапазоне для грунтов с нефтесолевым загрязнением исследованы впервые. При исследовании получены не только закономерности изменения свойств, но также выявлены ограничения методов. Установлено, что контактный метод определения содержания незамерзшей воды не может применяться при исследовании грунтов, содержащих нефть, а метод монотонного разогрева имеет серьезные ограничения применительно к сильнозасоленным грунтам.

Результаты и выводы. Полученные результаты показали, что влияние нефтесолевого загрязнения на содержание незамерзшей воды в целом идентично влиянию засоленности. Результаты исследования теплоемкости показали, что влияние нефтесолевого загрязнения заключается в суммарном влиянии нефти и соли и приводит к повышению (до 35 %) теплоемкости в талом и мерзлом состоянии за счет замены в поровом пространстве менее теплоемкого воздуха более теплоемкой нефтью, а также за счет увеличения количества незамерзшей воды в мерзлом грунте. Влияние нефтесолевого загрязнения на коэффициент теплопроводности идентично влиянию засоления за счет дополнительной коагуляции микроагрегатов.

Оценка влияния нефтесолевого загрязнения на температурный режим мерзлых грунтов с учетом изменения характеристик грунтов слоя сезонного оттаивания и поверхностных условий показала, что происходит значительное (до 2 раз) увеличение глубины сезонного оттаивания и среднегодовой температуры грунтов (до 1,5 °С), что может способствовать снижению несущей способности грунтового основания, в том числе при сейсмических воздействиях.

Представлены результаты экспериментального изучения влияния газового давления на теплопроводность и теплоемкость мерзлого и талого песчаного грунта, насыщенного различными газами: азотом, метаном, диоксидом углерода, a также смесью газов (50 % CH4 + 50 % CO2). В экспериментах максимальное давление газа в грунтовых средах задавалось ниже давления образования газовых гидратов. Эксперименты проводились на специальной установке - в барокамере, позволяющей измерять теплопроводность и теплоемкость грунта под давлением газа при положительных и отрицательных температурах. Впервые получены экспериментальные данные по влиянию газового давления на теплопроводность и теплоемкость в промерзающей песчаной породе, насыщенной различными газами. В ходе экспериментов выявлено, что теплофизические характеристики газонасыщенного песчаного образца в талом состоянии практически не зависят от состава и давления газа. Установлено, что в мерзлом песчаном образце с повышением давления газа в ряду: N2, CH4, смесь газов CH4 + CO2 и CO2 - теплопроводность снижается, а теплоемкость увеличивается. Наибольшее влияние на изменение теплофизических параметров оказывает диоксид углерода, что связано с достаточно высокой растворимостью данного газа в поровой воде и его влиянием на содержание незамерзшей воды в мерзлых породах.