Thermal stabilization of soil foundation under climate change conditions

Abstract


The problem of construction in the conditions of permafrost (permafrost) soil distribution is considered, taking into account the fixed climate change. The data on changes in climatic conditions on the territory of the Russian Federation, as well as in the area of the construction site (Yamalo-Nenets Autonomous Okrug) are given. The analysis of observations of near-surface air temperature shows an increase in the average annual temperatures relative to the normative values by 2-2.5 °C, which significantly affects the temperature regime of soils.The results of static tests of soils with piles in thawed and frozen conditions of the construction site are given. According to the results of static tests of soils with piles, it is revealed that private values of pile bearing capacity in melted soils for indentation loads are 2.5 times lower than in similar frozen soils.The article presents the results of observations of the temperature regime of soils during the period of thermal stabilization of the soil foundation during the construction of a residential building. Based on the results of observations, the periods of ice-soil massif formation under the structure, as well as its degradation during the warm period of the year are revealed.Numerical modeling of the temperature regime of the foundation soils was performed in the Midas FEA NX software package taking into account the actual climatic parameters and initial temperatures of soils.According to the results of numerical simulation, a visual representation of the stages of frozen ground massif formation was obtained, from creation of separate ice-soil elements around thermal stabilizers, with gradual freezing of frozen zones into a continuous ice-soil massif. Also, as a result of numerical modeling the temperature distribution in the ground base was obtained. The predicted temperature calculations were compared with the results of ground base temperature measurements.

Full Text

2

About the authors

A. N Kraev

Tyumen Industrial University

I. I Sakharov

Tyumen Industrial University

T. V Maltseva

Tyumen Industrial University

References

  1. IPCC: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Core Writing Team / Eds. R.K. Pachauri, L.A. Meyer. – Geneva: IPCC, 2014. – 151 p.
  2. IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate: press release. – Geneva: IPCC Secretariat, 2019.
  3. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. – М.: Росгидромет, 2014. – 1007 с.
  4. Long, E.L. Means for Maintaining Permafrost Foundations. Patent USA. No 3 217 791, Cl 165-45 / E.L. Long. – 1964.
  5. Хрусталев, Л.Н. Численный метод решения задачи промерзания – оттаивания грунта / Л.Н. Хрусталев, Л.Н. Черкасова // Известия Сибирского отделения АН СССР, серия технических наук. – 1966. – Т. 6, № 2. – С. 12–24.
  6. Горелик, Я.Б. Расчет температурного поля грунта вокруг жидкостной термосваи / Я.Б. Горелик // Проблемы нефти и газа Тюмени: науч.-техн. сб. Зап. СибНИГНИ. – 1980. – Вып. 46. – С. 65–69.
  7. Система температурной стабилизации оснований / Г.М. Долгих [и др]. // Наука в СССР. – 1991. – № 2. – С. 118–119.
  8. Хрусталев, Л.Н. Проблемы инженерной геокриологии на рубеже ХХI века / Л.Н. Хрусталев // Криосфера Земли. – 2000. – Т. IV, № 1. – С. 3–10.
  9. Kotlyakov, V. Permafrost, Snow and Ice / V. Kotlyakov, T. Khromova // Land Resources of Russia, Digital Media. Eds. V. Stolbovoi, I. McCallum. – International Institute for Applied Systems Analysis and the Russian Academy of Science, Laxenburg, Austria. – 2002.
  10. Yarmak, Jr.E. Recent developments in thermosyphon technology / Jr.E. Yarmak, E.L. Long // Proceedings of the 11th International Conference on Cold Regions Engineering. – 2002. – Р. 656–662.
  11. Долгих, Г.М. Системы замораживания и температурной стабилизации грунтов в зоне многолетнемерзлых пород, применяемые ООО НПО «Фундаментстройаркос» / Г.М. Долгих, В.Н. Окунев // Материалы IX Науч.-техн. конф. «Моделирование технологий замораживания искусственным холодом». – 2003. – С. 123–129.
  12. Аникин, Г.В. Тепломассоперенос в вертикальном парожидкостном термосифоне / Г.В. Аникин, Л.С. Поденко, В.Н. Феклистов // Криосфера земли. – 2009. – Т. ХIII, № 3. – С. 54–58.
  13. Долгих, Г.М. Строительство на вечномерзлых грунтах: проблемы качества / Г.М. Долгих, С.П. Вельчев // Геотехника. – 2010. – № 6. – С. 23–29.
  14. Аникин, Г.В. Компьютерное моделирование тепломассопереноса в системах горизонтального охлаждения грунтов / Г.В. Аникин, С.Н. Плотников, К.А. Спасенникова // Криосфера Земли. – 2011. – Т. 15, № 1. – С. 33–40.
  15. Аникин, Г.В. Расчет динамики промерзания грунта под воздействием одиночного термосифона / Г.В. Аникин, Л.С. Поденко, А.А. Вакулин // Криосфера Земли. – 2013. – Т. XVII, № 1. – С. 51–55.
  16. Long, E.L. The long thermopile / E.L. Long // Proceedings of the First International Conference on Permafrost. – Purdue University, US National Academy of Sciences. – P. 487–490.
  17. Примаков, С.С. О расчете теплообмена при проектировании конденсаторной части сезонно действующего охлаждающего устройства / С.С. Примаков, Д.С. Паздерин // Нефтяное хозяйство. – 2013. – № 4 – С. 124–125.
  18. Ибрагимов. Э.В. Оптимизация устройства оснований и фундаментов вкриолитозоне (на примере вертикального стального резервуара РВС-20000 м3) / Э.В. Ибрагимов, Я.А. Кроник // Геотехника. – 2018. – № 5–6. – С. 52–61.
  19. Ибрагимов, Э.В. Прогноз напряженно-деформированного состояния термостабилизированного основания / Э.В. Ибрагимов, Я.А. Кроник, В.Н. Парамонов // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 2018. – № 6. – С. 36–40.
  20. Кроник, Я.А. Термомеханические расчеты систем «грунтовое сооружение -вечномерзлое основание» с учетом криогенных процессов для прогноза безопасности / Я.А. Кроник // Вестник МГСУ. – 2008. – № 2. – С. 129–133.
  21. Кроник, Я.А. Динамика аварийности и безопасности природно-техногенных систем в криолитозоне / Я.А. Кроник // Материалы IV Конференции геокриологов России. – 2011. – Т. 3, ч. 8. – C. 285–292.
  22. Кудрявцев, С.А. Численное моделирование при реконструкции и ремонте линейных сооружений на буронабивных свайных фундаментах в сезоннопромерзающих грунтах дальнего востока / С.А. Кудрявцев, И.В. Шестаков, А.А. Петерс // Вестник ТОГУ. Строительство и архитектура. – 2016. – № 20. – С. 65–74.
  23. Кудрявцев, С.А. Создание условий нормативного состояния деградирующих многолетнемерзлых оснований зданий и сооружений Дальневосточного Федерального округа и Арктики / С.А. Кудрявцев, И.И. Сахаров, В.Н. Парамонов // Сборник научных трудов РААСН. – М.: Российская академия архитектуры и строительных наук, 2022. – С. 157–164.
  24. Деформации морозного пучения и оттаивания грунтов при работе и повреждении сезонно-охлаждающих устройств / И.И. Сахаров, В.Н. Парамонов, М.В. Парамонов, М.Е. Игошин // Промышленное и гражданское строительство. – 2017. – № 12. – С. 23–30.
  25. Математическое моделирование температурного режима грунтов оснований фундаментов в условиях многолетнемерзлых пород / С.П. Степанов, А.Н. Цеева, В.И. Васильев, И.К. Сирдитов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2017. – № 1. – С. 142–159.
  26. Корнилов, Т.А. Мониторинг состояния многолетнемерзлых грунтов основания малоэтажных зданий с непроветриваемыми подпольями / Т.А. Корнилов, А.Я. Никифоров, М.В. Рабинович // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 2020. – № 4. – С. 27–32.
  27. Никифорова, Н.С. Несущая способность свай в многолетнемерзлых грунтах при изменении климата / Н.С. Никифорова, А.В. Коннов // Construction and Geotechnics. – 2021. – Т. 12, № 3. – С. 14–24. doi: 10.15593/2224-9826/2021.3.02

Statistics

Views

Abstract - 8

PDF (Russian) - 4

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2025 Kraev A.N., Sakharov I.I., Maltseva T.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies