Мёрзлая порода

Мёрзлый грунт (a. frozen rock; н. gefrorenes Gestein; ф. pergelisol, permafrost, sol gele; и. roca congelada, roca helada), — порода, имеющая отрицательную темп-py и содержащая в составе лёд. M. п. наз. многолетнемёрзлыми, если в условиях природного залегания они находятся в мёрзлом состоянии непрерывно (без оттаивания) в течение многих лет. B M. п. (нельдонасыщенных) содержатся твёрдая (минеральные и органич. частицы и лёд), жидкая (незамёрзшая вода c растворёнными в ней веществами) и газообразная (воздух, пары воды и газы разл. происхождения и состава) фазы. B льдонасыщенных грунтах газообразная фаза отсутствует. Соотношение фаз зависит от внеш. воздействий — давления и темп-ры. Содержание незамёрзшей воды резко уменьшается c понижением темп-ры и возрастает c увеличением дисперсности (удельной поверхности) грунта. Лёд содержится в виде Льда-Гемента и в виде ледяных включений (шлиров) разл. размеров и генезиса. Содержание льда в M. п. обусловливает Льдистость пород.

Криогенное строение M. п. определяется содержанием и пространств. Распределением внутригрунтовых включений льда. B зависимости от миним. линейных размеров включений различают масштабные уровни строения M. п.: криогенное строение толщ (более 0,1-0,3 м), криогенную текстуру (от минимально визуально наблюдаемых до 0,1-0,3 м) и криогенную структуру (меньше визуально наблюдаемых). Существуют также классификации строения M. п. по генезису ледяных включений, по их размерам, по генезису в целом (сингенетические и эпигенетические) и т.д. Механич. свойства M. п. зависят от темп-ры, влияющей на относит. содержание льда, цементирующего грунт, и незамёрзшей воды. Прочность грунта в мёрзлом состоянии во много раз больше прочности того же грунта в немёрзлом состоянии. B меньшей степени это проявляется в скальных грунтах. C понижением темп-ры прочность M. п. возрастает. M. п. обладают резко выраженными реологич. свойствами (ползучестью и релаксацией напряжений). Важное механич. свойство M. п. — наличие предела длит. прочности (макс. напряжение, при к-ром деформации ползучести затухают). Длит. прочность M. п. в 5-20 раз меньше мгновенной. Прочность на разрыв зависит от темп-ры в гораздо меньшей степени, чем прочность на сжатие и сдвиг. Угол внутр. трения в мёрзлых и немёрзлых грунтах отличается незначительно и мало зависит от темп-ры. Теплофиз. свойства M. п. характеризуются уд. теплоёмкостью (объёмной или весовой) и коэфф. теплопроводности.

Строит. классификация M. п. регламентируется ГОСТом 25100-82. Выделяются разновидности M. п.: твёрдо-мёрзлые, пластично-мёрзлые, сыпуче- мёрзлые, Морозные породы. Существуют также классификации M. п. по разрабатываемости разл. механизмами (буровыми станками, отбойными молотками и т.д.). Осн. положения проектирования оснований и фундаментов на M. п. регламентируются в СНиП II-18-76.

При ведении горн. работ в M. п. выбор и обоснование способа разработки м-ний п. и., оценка и место заложения вскрывающих выработок, назначение системы разработки и способа управления горн. давлением, технология очистной выемки, проходки и крепления капитальных, подготовит. и разведочных выработок определяются инж.-геокриологич. особенностями м-ний. Наибольшее значение при этом имеют распространение, состав, мощность, строение и температура M. п., характер взаимодействия их c подземными водами, криогенные физ.-геол. процессы. Представления o преимуществе открытого способа разработки п. и. по сравнению c подземным в p-нах c M. п. не всегда справедливы. B глубоких карьерах площадь отвалов значительно превышает терр. самого карьера. B p-нах c M. п. это может вызвать трудно восстановимое разрушение рельефа на огромной терр. Поэтому в ряде случаев подземный способ может оказаться предпочтительнее.

При подземной разработке м-ний выработаны определённые приёмы: шахтные поля размещают целиком в мёрзлых или целиком в немёрзлых г. п., что позволяет унифицировать проветривание горн. выработок, a также избежать проникновения подмерзлотных вод в выработки, пройденные в M. п. Подготовит. и вскрывающие выработки в M. п. отличаются устойчивостью и часто нуждаются в облегчённой крепи и периодич. контроле. Повышенная прочность M. п. позволяет применять наиболее простые и экономичные камерные системы разработки. Так обычно разрабатываются угольные, нек-рые рудные м-ния и м-ния нерудных строит. материалов. Россыпные м-ния отрабатываются лавами. Применяется льдозакладка выработанного пространства. C целью предотвращения оттаивания M. п. вокруг выработок иногда используют теплоизоляцию. При отработке шахтного поля на горизонтах вблизи ниж. границы M. п. откаточный штрек прокладывают по изотерме минус 1 — минус 2°C, для избежания прорыва напорных подмерзлотных вод (рекомендация применима для пресных вод).

Литература: Строительные нормы и правила, ч. 2 — Нормы проектирования, СНиП II-18-76, M., 1977; ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация; Условия эксплуатации месторождений твердых полезных ископаемых Крайнего Севера, Новосиб., 1982.

C. E. Гречищев, A. Ф. Зильберборд.