А Н Н ОТА Ц И Я: проблемы гидротехнического строительства требуют расширения масштабов исследований деструктивных береговых процессов водных объектов, находящихся на территории криолитозоны. Предмет исследования: склоны рек, расположенные в зоне многолетнемерзлых пород, и основные возможные процессы на них, происходящие под воздействием различных сезонных факторов. Цели: исследование термоэрозионных склоновых процессов многолетнемерзлых пород с учетом гидромеханических и термодинамических факторов и разработка основных характеристик этих процессов, а также построение единой модели, позволяющей оценивать и прогнозировать влияние сезонных условий (в том числе весеннего снеготаяния и воздействия солнечной радиации) на возможные деструктивные береговые процессы на водных объектах, находящихся на территории криолитозоны. Материалы и методы: теоретический анализ и обобщение известных достижений в области гидрологии и гляциологии, теории склоновых процессов, транспорта наносов, механики мерзлых грунтов, фильтрации. В качестве фактического материала использовались результаты лабораторных экспериментов, проведенных в гидравлической лаборатории РУДН на установке, позволяющей имитировать дождевые потоки, измеряя скорость и количество инфильтрационных потоков, а также количество бокового стока, который может образовываться в случае мерзлого или частично оттаявшего грунта. Различная структура грунта получалась разными способами его замораживания или введения прослоек льда. Такие исследования в лабораторных условиях проводились впервые. Результаты и выводы: предложена методика прогноза процесса термоэрозии с учетом воздействия естественных сезонных условий на многолетнемерзлые породы. Исследовано влияние направления берегового уклона на скорость оттаивания почв под воздействием солнечной радиации. Показано, что влияние ультрафиолетовых лучей (УФ) на снеготаяние носит отличный от влияния инфракрасных (ИК) лучей характер, так как первые УФ имеют способность проникать вглубь непрозрачных веществ и преобразовываться в тепловые потоки внутри снежной толщи. При этом облачность является задерживающим фактором только для ИК участка спектра. Экспериментально показано, что зависимость размыва твердого вещества от угла уклона (при прочих равных) будет иметь степенной (4/3) вид. Протаивание и эрозия мерзлых берегов водных объектов пропорциональны квадратному корню от времени. Линейный коэффициент зависит от характера породы, льдистости, температуры окружающей среды и температуры потока. На основе полученных результатов возможно дать практические рекомендации по предотвращению и уменьшению негативного влияния исследуемых деструктивных процессов, что особенно актуально для тех районов, где ведется интенсивное гидротехническое строительство.

No abstract

More than a third of the Earth’s surface is subject to seasonal or prolonged soil frosts, and the recent warming of the climate requires revision of the construction standards in the conditions of permafrost because under heavy load in low-strength soils, there is a high risk of mobility of thawing rock and collapse of the construction structures, which is fraught with disastrous consequences. For design tasks it is necessary to know the behavior of frozen soils under certain changing conditions. This creates new requirements related to the degradation of permafrost and, as a result, the criteria for strength and stability of soils suitable for construction are changing. Calculation of loads during construction in the permafrost zone requires a special approach in each specific case, since it is impossible to make a single model in connection with the variety of soils and the history of their freezing. Soil typization does not give a clear picture at negative temperatures, since the transition “water-ice-water” in the soil changes the behavior of the grounds, and the unpredictability of climatic changes affecting this process greatly complicates the task. In the hydraulic laboratory of the RUDN University, a series of experiments was conducted for various types of soil subject to load, in order to determine the main parameters affecting the stability of soils during thawing, and to give approximate recommendations regarding the use of these soils as bases.

Береговые деформации, водный поток, лабораторный эксперимент, математическое моделирование, многолетнемёрзлые породы, таяние льда. Coast deformation, ice melting, laboratory experiment, mathematical modeling, permafrost, water flow. Работа посвящена исследованию влияния речного потока и повышения температуры воды на деформации береговых склонов, сложенных многолетнемёрзлыми породами с включением пластов льда. Методы исследования-лабораторное и математическое моделирование. Лабораторные эксперименты показали, что при повышении температуры воды и воздуха изменения в структуре лабораторного аналога многолетнемёрзлого грунта вызывают деформации русла даже без волнового воздействия, т.е. при стационарном режиме течения и неразмывающих скоростях водного потока. В связи с этим возникла необходимость усовершенствования разработанной ранее модели деформации русла с целью учёта долгопериодных изменений структуры грунта при повышении температуры воды. В основу трёхмерной математической модели термо эрозии береговых склонов рек, протекающих в районах развития многолетней мерзлоты, и её верификации положены результаты лабораторных экспериментов в гидравлическом лотке. Анализ результатов математического и лабораторного моделирования показал, что русловые деформации рек, протекающих в криолитозоне, значительно отличаются от деформаций русел, сложенных грунтами, не подверженными влиянию фазового перехода «вода-лёд», и могут наблюдаться даже при неразмывающих скоростях водного потока.

В гидравлической лаборатории РУДН выполнены исследования разрушения подводного и надводного берегового склона в условиях, имитирующих криолитозону, в зависимости от типа грунта, слагающего откос, и угла уклона. Показано, что скорость эрозии подводного склона отстает от скорости протаивания мерзлого грунта. Работа водного потока значительно превышает влияние остальных факторов (температура, влияние ветра, солнечная радиация), приводя к образованию ниш вымывания. Работа является продолжением исследования ди-намики берегового склона водных объектов в условиях криолитозоны [1-4].Ключевые слова: лабораторный эксперимент, мерзлый грунт, протаивание, эрозия почв, водные поток ВведениеМерзлота является причиной как чрезвычайной стабильности русловых по-токов вследствие своих сковывающих и цементирующих свойств, так и причиной определенной нестабильности (например, при техногенных нагрузках) в услови-ях криолитозоны. Это приводит к тому, что огромное количество исследований, проводящихся в разное время, дают спектр противоречивых результатов, даже в рамках одной географической местности и даже одного потока. Вполне вероятно, что комбинации различных факторов могут приводить к различным соотноше-ниям скоростей сезонного протаивания грунта и эрозии, что требует особой тща-тельности и осторожности, особенно при инженерном проектировании. Не всег-да представляется возможным провести натурные наблюдения, а уж тем более сравнивать абсолютные скорости боковой эрозии различных мерзлых русел не-регулируемых потоков, но вполне возможно допустить, что влияние на размыв внешних условий является более стабилизирующим фактором в зоне мерзлоты, чем в районах, не принадлежащих криолитозоне. Поэтому коллективом авторов были проведены эксперименты с мерзлыми грунтами разного состава в лабора-тории РУДН.