Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 80971 10.20295/1815-588X-2024-01-22-31 Общетехнические задачи и пути их решения GENERAL TECHNICAL PROBLEMS AND SOLUTION APPROACH Общетехнические задачи и пути их решения On the dependence of soil freezing on humidity О зависимости процесса промерзания грунтов от влажности Штыков Валерий Иванович Shtykov Valeriy Ivanovich shtykov41@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Пономарев Андрей Борисович Ponomarev Andrey Borisovich pol1nom@yandex.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Янко Юрий Григорьевич Yanko Yuri Grigorievich yanko@agrophys.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University St. Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Агрофизический научно-исследовательский институт" Санкт-Петербург Россия Agrophysical Research Institute St. Petersburg Russian Federation 29 03 2024 29 03 2024 21 1 22 31 28 03 2024 https://atjournal.ru/en/nauka/article/80971/view

Цель: температуры начала замерзания грунтов при наступлении заморозков интересуют строителей. Ранее было установлено, что на промерзание грунтов влияют многие факторы, однако недостаточно проводилось исследований по влиянию на процесс промерзания отдельных факторов. В статье рассматривается влияние влажности грунтов на температуры их переохлаждения и замерзания. Методы: исследования проводились в микрохолодильнике при трех режимах промораживания. Результаты: было установлено, что при постоянном встряхивании температура переохлаждения повышалась, а температура замерзания не изменялась. Получены графические зависимости температур переохлаждения и замерзания грунтов от исходной влажности. Степень уплотнения грунтов не оказывала влияния на эти температуры. Температуры переохлаждения и замерзания грунтов зависят в большей степени от дисперсности грунтов, чем от содержания в них органических веществ. Практическая значимость: результаты работы имеют значение для строительства, так как расширяют представления об особенностях механизма замерзания грунтов.

Purpose: the temperatures at which soils begin to freeze during the onset of frost are of interest primarily to agricultural workers and construction workers. It was previously established that many factors influence soil freezing. However, not enough research has been carried out on the influence of individual factors on the freezing process. The article examines the influence of soil moisture on their supercooling and freezing temperatures. Methods: the studies were carried out in a microrefrigerator with three freezing modes. Results: it was found that with constant shaking, the supercooling temperature increased, but the freezing temperature did not change. Graphic dependences of the temperatures of supercooling and freezing of soils on the initial humidity were obtained. The degree of soil compaction did not affect these temperatures. The temperatures of supercooling and freezing of soils depend to a greater extent on the dispersion of soils than on the content of organic substances in them. Practical significance: the results of the work are important for construction as they expand the understanding of the features of the mechanism of soil freezing.

 переохлаждение грунта грунт замерзание грунта режимы охлаждения почвенная вода температура переохлаждения влажность soil supercooling soil soil freezing cooling regimes soil water supercooling temperature humidity

Андрианов П. И. Температуры замерзания грунтов / Труды Дальневосточной комплексной экспедиции. СОПС АН СССР. Комиссия по изучению вечной мерзлоты. Вып. 1. М.: АН СССР, 1936. С. 17–54. Andrianov P. I. Temperatury zamerzanija gruntov / Trudy Dal’nevostochnoj kompleksnoj jekspedicii. SOPS AN SSSR. Komissija po izucheniju vechnoj merzloty. Vyp. 1. M.: AN SSSR, 1936. S. 17–54. (In Russian) Ананян А. А. Молекулярно-кинетические представления о строении жидкой фазы воды, содержащейся в тонкодисперсных горных породах / Мерзлотные исследования: сб. ст. / геол. фак., кафедра мерзлотоведения. Вып. 7. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1967. С. 22–36. Ananjan A. A. Molekuljarno-kineticheskie predstavlenija o stroenii zhidkoj fazy vody, soderzhashhejsja v tonkodispersnyh gornyh porodah / Merzlotnye issledovanija: sb. st. / geol. fak., kafedra merzlotovedenija. Vyp. 7. M.: Izd-vo Mosk. un-ta, 1967. S. 22–36. (In Russian) Гречищев С. Е., Павлов А. В., Шешин Ю. Б. и др. Экспериментальные закономерности формирования переохлаждения поровой влаги при объемном замерзании дисперсных грунтов // Криосфера Земли. 2004. Т. 8, № 4. С. 41–44. Grechishhev S. E., Pavlov A. V., Sheshin Ju. B. i. dr. Jeksperimental’nye zakonomernosti formirovanija pereohlazhdenija porovoj vlagi pri ob#emnom zamerzanii dispersnyh gruntov // Kriosfera Zemli. 2004. T. 8, № 4. S. 41–44. (In Russian) Гречищев С. Е, Павлов А. В., Гречищева О. В. Закономерности предкристаллизационного переохлаждения поровой влаги дисперсных грунтов в градиентном поле температур // Криосфера Земли. 2006. Т. 10, № 4. С. 56–58. EDN HVUXQH. Grechishhev S. E, Pavlov A. V., Grechishheva O. V. Zakonomernosti predkristallizacionnogo pereohlazhdenija porovoj vlagi dispersnyh gruntov v gradientnom pole temperatur // Kriosfera Zemli. 2006. T. 10, № 4. S. 56–58. EDN HVUXQH. (In Russian) Barra, Giuseppina & Matteo, P. & Vittoria, V. & Sesti Osseo, Libero & Cesàro, Attilio. A DSC Study of Thermal Transitions of Apple Systems at Several Water Contents. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2012. 61. 351–362. 10.1023/A:1010148913394. Barra, Giuseppina & Matteo, P. & Vittoria, V. & Sesti Osseo, Libero & Cesàro, Attilio. A DSC Study of Thermal Transitions of Apple Systems at Several Water Contents. Journal of Therma Analysis and Calorimetry. 2012. 61. 351–362. 10.1023/A:1010148913394. Liesebach, Jens & Lim, Miang & Rades, Thomas. Determination of unfrozen matrix concentrations at low temperatures using stepwise DSC. Thermochimica Acta — THERMOCHIM ACTA. 2004. 411. 43–51. 10.1016/j.tca.2003.07.005. Liesebach, Jens & Lim, Miang & Rades, Thomas. Determination of unfrozen matrix concentrations at low temperatures using stepwise DSC. Thermochimica Acta — THERMOCHIM ACTA. 2004. 411. 43–51. 10.1016/j.tca.2003.07.005. Старостин Е. Г., Петров Е. Е., Николаев С. В. Влияние темпа охлаждения на переохлаждение поровой воды в грунтах // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова. 2012. Т. 9, № 4. С. 47–51. EDN RDFXBP. Starostin E. G., Petrov E. E., Nikolaev S. V. Vlijanie tempa ohlazhdenija na pereohlazhdenie porovoj vody v gruntah // Vestnik Severo-Vostochnogo federal’nogo universiteta im. M. K. Ammosova. 2012. T. 9, № 4. S. 47–51. EDN RDFXBP. (In Russian) Белкова Е. А., Мотенко Р. Г., Гречищева Э. С. Влияние температурного режима на температуру начала замерзания грунтов разного гранулометрического состава при ее экспериментальном определении // Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации: материалы XVI Общероссийской научно-практической конференции изыскательских организаций, Москва, 1–3 декабря 2021 года./ ООО «Геомаркетинг»; ООО «Институт геотехники и инженерных изысканий в строительстве»; ассоциация «Инженерные изыскания в строительстве» — Общероссийское отраслевое объединение работодателей Союз изыскателей. М.: Геомаркетинг, 2021. С. 378–385. EDN AOJJCL. Belkova E. A., Motenko R. G., Grechishheva Je. S. Vlijanie temperaturnogo rezhima na temperaturu nachala zamerzanija gruntov raznogo granulometricheskogo sostava pri ee jeksperimental’nom opredelenii // Perspektivy razvitija inzhenernyh izyskanij v stroitel’stve v Rossijskoj Federacii: materialy XVI Obshherossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii izyskatel’skih organizacij, Moskva, 1–3 dekabrja 2021 goda / OOO “Geomarketing”; OOO “Institut geotehniki i inzhenernyh izyskanij v stroitel’stve”; associacija “Inzhenernye izyskanija v stroitel’stve” — Obshherossijskoe otraslevoe ob#edinenie rabotodatelej Sojuz izyskatelej. M.: Geomarketing, 2021. S. 378–385. EDN AOJJCL. (In Russian) Старостин Е. Г. Определение количества незамерзшей воды по кинетике кристаллизации.// Криосфера Земли. 2008. Т. 12, № 2. С. 60–64. EDN JTGMWB. Starostin E. G. Opredelenie kolichestva nezamerzshej vody po kinetike kristallizacii // Kriosfera Zemli. 2008. T. 12, № 2. S. 60–64. EDN JTGMWB. (In Russian) Коновалов А. А. Связь температур переохлаждения и кристаллизации влажного грунта с его прочностью в мерзлом состоянии // Инженерно-физический журнал. 2015. Т. 88, № 5. С. 1043– 1049. EDN UKBVVL. Konovalov A. A. Svjaz’ temperatur pereohlazhdenija i kristallizacii vlazhnogo grunta s ego prochnost’ju v merzlom sostojanii // Inzhenerno-fizicheskij zhurnal. 2015. T. 88, № 5. S. 1043–1049. EDN UKBVVL. (In Russian) Bo-Quan Lu, Shu-Ying Zang, Li-Quan Song, et al. Cooling and wetting of soil decelerated ground freezingthawing processes of the active layer in Xing’an permafrost regions in Northeast China, Advances in Climate Change Research. 2023. Vol. 14, iss. 1. P. 126–135. ISSN 1674–9278. DOI: 10.1016/j.accre.2023.01.002. Bo-Quan Lu, Shu-Ying Zang, Li-Quan Song, et al. Cooling and wetting of soil decelerated ground freezing-thawing processes of the active layer in Xing’an permafrost regions in Northeast China, Advances in Climate Change Research. 2023. Vol. 14, iss. 1. P. 126–135. ISSN 1674–9278. DOI: 10.1016/j. accre.2023.01.002. Ван С., Колос А. Ф., Петряев А. В. Математическое моделирование процесса промерзания грунтов земляного полотна железных дорог в условиях холодного климата // Известия Петербургского университета путей сообщения. СПб.: ПГУПС, 2022. Т. 19, вып. 4. С. 820–831. DOI: 10.20295/1815- 588X‑2022-4-820-831. Van S., Kolos A. F., Petrjaev A. V. Matematicheskoe modelirovanie processa promerzanija gruntov zemljanogo polotna zheleznyh dorog v uslovijah holodnogo klimata // Izvestija Peterburgskogo universiteta putej soobshhenija. SPb.: PGUPS, 2022. T. 19, vyp. 4. S. 820–831. DOI: 10.20295/1815-588X‑2022-4-820- 831. (In Russian) Smirnov V. I., Vidyushenkov S. A., Bushuev. N. S. Stress-strain state of elastic base under circular foundation // Geotechnics Fundamentals and Applications in Construction: New Materials, Structures, Technologies and Calculations: Proceedings of the International Conference on Geotechnics Fundamentals and Applications in Construction: New Materials, Structures, Technologies and Calculations, GFAC 2019, Saint Petersburg, 6–8 February 2019. Saint Petersburg: Taylor & Francis Group, 2019. P. 341–346. DOI: 10.1201/9780429058882-66. EDN XTGDMT. Smirnov V. I., Vidyushenkov S. A., Bushuev N. S. Stress-strain state of elastic base under circular foundation // Geotechnics Fundamentals and Applications in Construction: New Materials, Structures, Technologies and Calculations: Proceedings of the International Conference on Geotechnics Fundamentals and Applications in Construction: New Materials, Structures, Technologies and Calculations, GFAC 2019, Saint Petersburg, 6–8 February 2019. Saint Petersburg: Taylor & Francis Group, 2019. P. 341–346. DOI: 10.1201/9780429058882-66. EDN XTGDMT. The Impact of Engineering-geologic Conditions on the Development of Railway Subgrade Design Solutions / V. A. Alpysova, N. S. Bushuev, S. V. Shkurnikov, et. al. // Proceedings of the International Scientific Conference Transportation Geotechnics and Geoecology (TGG‑2017), Saint Petersburg, 17–19 May 2017. Saint Petersburg, 2017. P. 752–758. DOI: 10.1016/j.proeng. 2017.05.118. EDN XNBLBA. The Impact of Engineering-geologic Conditions on the Development of Railway Subgrade Design Solutions / V. A. Alpysova, N. S. Bushuev, S. V. Shkurnikov, et. al. // Proceedings of the International Scientific Conference Transportation Geotechnics and Geoecology (TGG‑2017), Saint Petersburg, 17–19 May 2017. Saint Petersburg, 2017. P. 752–758. DOI: 10.1016/j.proeng. 2017.05.118. EDN XNBLBA. Features of engineering surveys in areas of permafrost prevalence by the example of the project “northern latitudinal way” / N. Bogomolova, Y. Milyushkan, S. Shkurnikov, et. al. // Transportation Soil Engineering in Cold Regions: Proceedings of TRANSOILCOLD 2019. Saint Petersburg, 15–22 April 2019. Vol. 2. Singapore: Springer Nature, 2019. P. 215–221. DOI: 10.1007/978- 981-15-0454-9_23. EDN RCVFWH. Features of engineering surveys in areas of permafrost prevalence by the example of the project “northern latitudinal way” / N. Bogomolova, Y. Milyushkan, S. Shkurnikov, et. al. // Transportation Soil Engineering in Cold Regions: Proceedings of TRANSOILCOLD 2019. Saint Petersburg, 15–22 April 2019. Vol. 2. Singapore: Springer Nature, 2019. P. 215–221. DOI: 10.1007/978- 981-15-0454-9_23. EDN RCVFWH.