|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Состав, строение и свойства мерзлых пород для их использования при освоении северных районов РоссииНИР
Composition, structure and properties of frozen soils for use in the development of the north regions of Russia
- Руководители НИР: Зыков Ю.Д., Чеверев В.Г.
- Ответственные исполнители: Гунар А.Ю., Фалалеева А.А.
- Участники НИР: Богатова Д.М., Болотюк М.М., Брушков А.В., Волохов С.С., Гальченко В.Ф., Гнатюк И.И., Гречищева Э.С., Карнышева Э.А., Котов П.И., Малеева А.Н., Мотенко Р.Г., Ратникова Е.В., Сафронов Е.В., Уварова А.В., Фалалеева А.А., Хилимонюк В.З., Царапов М.Н., Чеверев В.Г., Чербунина М.Ю.
- Подразделение: Кафедра геокриологии
- Срок исполнения: 1 января 2016 г. - 31 декабря 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 4-4
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116033010109-5
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Решение крупных геологических задач освоения Арктики и рационального природопользования в Арктическом регионе
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: возможность эффективного ответа российского общества на большие вызовы
- ПН России: Рациональное природопользование
- Критическая технология России: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
-
Рубрики ГРНТИ:
- 38.65.17 Механика, теплофизика и физикохимия мерзлых почв, горных пород и льда
- Классификатор OECD: Геология
-
Ключевые слова:
фазовый состав, геоэкология криолитозоны, массо - и теплообмен, мерзлые грунты, прогноз и управление, криогенное строение, математическое и физическое моделирование, микробиота и газообразование, морозное пучение, механические и теплофизические свойства
frozen soils, forecast and control, microbiota and gas generation, mathematical and physical modeling, frost heaving, phase composition, cryogenic structure, geoecology of permafrost zone, mechanical and thermophysical properties, mass and heat transfer -
Описание:
В области фундаментальных исследований: На основе обобщение экспериментальных и теоретических исследований по закономерностям формирования компонентного (включая микробиоту и газообразование) и фазового состава (незамерзшей воды и льда), криогенного строения и свойств криогенных пород (грунтов) и дополнительного физического моделирования развить собственные новые численные модели промерзания и пучения грунтов в одномерной и двумерной постановке для более достоверного геокриологического прогноза опасных геокриологических процессов и обоснованного выбора методов управления свойствами криогенных грунтов как оснований зданий и инженерных сооружений на Крайнем Севере России. При этом учесть глобальные изменения климата и необходимость минимизации экологических последствий захоронения промышленных отходов (например, ОБР), своевременного купирования возможной активизации аварийных ситуаций, особенно на объектах повышенного класса ответственности (объекты министерства обороны, атомные электростанции, нефтепроводы, газопроводы, эксплуатационные и разведочные скважины, аэродромы и космодромы, железные и автомобильные дороги и др.). В области прикладных исследований: На основе собственных результатов фундаментальных исследований в рамках Программы национальной стандартизации в строительном комплексе Российской Федерации на 2020 год и до 2024 года принять участие в разработке и актуализации новых и действующих стандартов по методам лабораторного определения фазового состава воды в мерзлых грунтах и степени пучинистости промерзающих грунтов путем подготовки обоснованных предложений по их разработке и актуализации. Принять участие в выполнении НИОКР по теме: «Экспериментальное обоснование комплекса методов определения теплофизических характеристик мерзлых и талых грунтов» В области экспериментальных разработок: Разработать макетные образцы новых устройств для технического обеспечения нового ГОСТ Грунты. Методы лабораторного определения влажности за счет незамерзшей воды, провести на них технологические работы и тестовые испытания. Выбрать технологическую концепцию для комплекса методов определения теплофизических характеристик мерзлых и талых грунтов.
-
Планируемые результаты:
1 Новые численные модели промерзания и пучения грунтов в одномерной и двумерной постановке с учетом внешней нагрузки и визуализации криогенного строения, позволяющие прогнозировать и управлять строительными свойствами криогенных грунтов Криолитозоны России в условиях не стабильных природных условий. 2 Аналитический обзор методов определения влажности за счет незамерзшей воды в мерзлых грунтах, который позволил экспериментально испытать, сопоставить, отобрать и улучшить два приоритетных метода для включения в новый ГОСТ Грунты. Методы лабораторного определения влажности грунта за счет незамерзшей воды. 3 Новый ГОСТ Грунты. Метод лабораторного определения влажности за счет незамерзшей воды. 4 Актуализированный ГОСТ 28622-2012 Грунты. Метод лабораторного определения степени пучинистости. 5 Отчет по теме НИОКР: «Экспериментальное обоснование комплекса методов определения теплофизических характеристик мерзлых и талых грунтов». 6 Макетные образцы новых устройств для технического обеспечения нового ГОСТ Грунты. Методы лабораторного определения влажности за счет незамерзшей воды. Технологические работы и тестовые испытания. 7 Технологическая концепция для комплекса методов определения теплофизических характеристик мерзлых и талых грунтов с целью их дальнейшей стандартизации. 8 Поведение и свойства ОБР в циклах промерзания – оттаивания и взаимодействие ОБР с вмещающими многолетнемерзлыми породами при утилизации в подземные резервуары (постановка исследований). Учет результатов при проектировании подземных резервуаров из мерзлых грунтов. 9 Динамика выделения газа из мерзлых грунтов при изменении температуры в приборах трехосного сжатия. Учет результатов при прогнозе дегазации пород в природных условиях действия внешнего давления и температуры. 8 Влияние засоленности на акустические и электрические свойства мерзлых грунтов. Предполагается выбирать наиболее перспективный метод для ранжирования грунтов по степени засоленности. 9 Влияние засоленности и заторфованности на фазовый состав воды и теплопроводность мерзлых грунтов. Применение в качестве входных характеристик при прогнозе геокриологических условий. 10 Мониторинг и обследование геокрилогических условий железной дороги Русский Север позволил установить причину полуметровых осадок земляного полотна протаиванием завышенным снегонакоплением от нормативного.
-
Научный задел:
На кафедре геокриологии были достигнуты значительные успехи в разработке термодинамических и теплофизических основ геокриологии - в решении задач о промерзании и протаивании горных пород, в выявлении роли геологических и географических факторов и условий. Проведены фундаментальные исследования термодинамики, теплофизики, физикохимии и механики промерзающих, мерзлых и оттаивающих горных пород. В частности, разработаны основы фильтрационно-осмотической теории криогенного влагопереноса и формирования сил морозного пучения при промерзании грунта, а также физико-химическая модель мерзлой тонкодисперсной породы. На кафедре геокриологии геологического факультета МГУ была разработана теория контактных взаимодействий в мерзлых породах, развита методика использования временных аналогий для прогноза длительной деформации и прочности, получено уравнение длительной прочности мерзлых грунтов на основе кинетической теории прочности твердых тел. В последние несколько лет активно выполняются исследования строения субмаринных многолетнемерзлых толщ.
- Добавил в систему: Роман Лидия Тарасовна
Соисполнители НИР
| МГУ | Соисполнитель |
Источник финансирования НИР
| госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Обобщение экспериментальных и теоретических исследований по составу, строению и свойствам мерзлых пород для их использования при освоении северных районов России |
| Результаты этапа: Развиты представления о закономерностях изменения характеристик состава, строения и свойств промерзающих, мерзлых и оттаивающих грунтов северных регионов России. Установлена закономерность влияния внешней нагрузки на фазовый состав воды в мерзлых грунтах, которая определяет тенденцию снижения влажности грунта за счет незамерзшей воды с ростом нагрузки, пропорционально увеличивая влажность за счет льдистости мерзлого грунта. Выполнено теоретическое и экспериментальное обоснование оптимального комплекса методов определения фазового состава воды в мерзлых грунтах путем проведения большого объема сравнительных испытаний. | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Обобщение экспериментальных и теоретических исследований по составу, строению и свойствам мерзлых пород для их использования при освоении северных районов России |
| Результаты этапа: | ||
| 3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Обобщение экспериментальных и теоретических исследований по составу, строению и свойствам мерзлых пород для их использования при освоении северных районов России |
| Результаты этапа: 1.Выполнена экспериментальная оценка влияния содержания органического вещества на фазовый состав воды в мерзлых засоленных песчаных грунтах севера Западной Сибири, а также дана оценка влияния фазового состава на теплопроводность мерзлых засоленных грунтов севера западной Сибири; 2 Опубликована статья о происхождении "Ямальской воронки"; 3 Изучены свойства мерзлых и талых грунтов Байдарацкой губы (Карское море),; 4 Изучено влияние способов дегазации мерзлых образцов на результаты определения концентрации метана; 5 Выполнена научно-исследовательская работа по теме "Разработка методики геокриологического картирования арктического шельфа и построение цифровых карт геокриологического районирования Карского моря и моря Лаптевых"; 6 Выполнены 4 этапа НИР по теме "Исследование методов математического моделирования системы «трубопровод-ММГ-внешние воздействия» для расчетов ореолов оттаивания и осадки грунта, в том числе методов получения исходных данных"; | ||
| 4 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Обобщение экспериментальных и теоретических исследований по составу, строению и свойствам мерзлых пород для их использования при освоении северных районов России |
| Результаты этапа: Проведены запланированные экспериментальные исследования газопроницаемости льда и мерзлых пород.Получены следующие результаты. Объектом исследования являлись процессы сопровождающие фильтрацию газа в мёрзлых породах. Предметом исследования являлись образцы мерзлого грунта подвергавшиеся напорному воздействию газа. Впервые, в лабораторных условиях удалось выявить процессы сопровождающие фильтрацию газа в мёрзлом грунте. Особое внимание уделено изучению деформаций первичных криогенных текстур при фильтрации газа, находящегося под давлением. Проанализированы особенности распространения газовых флюидов в мёрзлом образце. Проведён сравнительный анализ криогенного строения мёрзлых образцов с подачей газа и без его воздействия. Сформулирован механизм напорной фильтрации газа в мёрзлых породах. При изучении образцов мёрзлого грунта, подвергшихся напорному воздействию газа, использовались методы текстурных и структурных исследований в проходящем, отражённом и поляризованном свете. Для выявления изменений происходящих в мерзлых образцах при напорном воздействии газа использовался метод сравнительного анализа. Установлено, что в мёрзлых породах фильтрация газа возможна при формировании соответствующих соотношений между характеристиками пород (прочностными, деформативными, структурными) и давлением внутри грунтового газа. Выявлено, что эти соотношения зависят от температуры образца. При одинаковом давлении, при низких значениях температуры образцов, фильтрации не происходит. При повышении температуры до значений -1 - -2 ºС начинается фильтрация. В природе эти соотношения определяются геологическими, ландшафтными и климатическими условиями. Впервые, в лабораторных условиях, с помощью структурных исследований удалось выявить процессы сопровождающие фильтрацию газа во льду. | ||
| 5 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Обобщение экспериментальных и теоретических исследований по составу, строению и свойствам мерзлых пород для их использования при освоении северных районов России |
| Результаты этапа: Результаты исследований: 1 Проведено обобщение экспериментальных и теоретических исследований физико-механических свойств грунтов Центральной Якутии, которые опубликованы в виде монографии аналогичного названия под общей редакцией С.А. Новицкой. – М.: КДУ Университетская книга, 2020. – 162 с. (Авторы: Царапов М.Н., Котов П.И., Волохов С.С., Мотенко Р.Г., Пустовойт Г.П.) - doi: 10.31453/kdu.ru.91304.0131. 2 Разработана методика и аппаратура, а также проведены исследования газопроницаемости мерзлых грунтов в зависимости от их температуры. 3 Выполнен аналитический обзор методов определения теплофизических характеристик материалов применительно к мерзлым и талым грунтам. Рассмотрены и сопоставлены физические сущности методов, их область применения для мерзлых и талых грунтов, технологичность и достоверность. Методы систематизированы в таблице с оценкой их достоинств и недостатков, выбраны методы для дальнейшего развития. 4 Положено начало разработки темы «Экологические последствия утилизации отходов буровых растворов при разработке углеводородных месторождений в криолитозоне». Получены образцы ОБР, проведено исследование их химического состава, подготовлено и опробовано специальное оборудование для физического и физико-химического моделирования процесса тепло- и массообмена ОБР с вмещающими породами. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".