Ученые НГТУ НЭТИ исследовали мерзлые грунты Сибири и Арктики
Новосибирск. 21 февраля. ГеоИнфо — Специалисты Новосибирского государственного технического университета НЭТИ провели исследование состояния геологических сред российской Арктики и Сибири. В ходе работы ученые изучили реакцию мерзлых грунтов на температурные изменения, включая влияние техногенных факторов. Об этом сообщает «АК&М».
Исследование проводилось совместно с Институтом нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН (ИНГГ СО РАН). С помощью многомасштабного моделирования удалось определить, как изменяется состояние грунтов при колебаниях температуры и воздействии внешних нагрузок. Оказалось, что так называемая «вечная мерзлота» на самом деле подвержена сезонным изменениям и даже реагирует на тепло, исходящее от зданий и трубопроводов.
По словам руководителя проекта, кандидата физико-математических наук, доцента кафедры геофизических систем НГТУ НЭТИ Анастасии Кутищевой, летом мерзлый грунт может растаять на глубину до четырех метров, а зимой вновь промерзнуть на пять метров. Существенное влияние оказывает снежный покров, который выполняет роль естественного теплоизолятора.
Отдельное внимание ученые уделили техногенным факторам, в частности влиянию свайных конструкций. Выяснилось, что теплая бетонная свая способна «прожигать» грунт вокруг себя, создавая зону постоянного оттаивания. Это снижает прочность породы и увеличивает риски для строительства и инфраструктуры. Кроме того, разрушение мерзлых грунтов может привести к выбросу парниковых газов, что ускорит глобальное потепление.
Для анализа этих процессов ученые использовали специальные вычислительные методы, которые позволили отслеживать изменения мерзлоты с шагом в 10 минут для суточных процессов и один день для сезонных. Благодаря этому можно более точно прогнозировать поведение грунта при строительстве зданий, дорог и трубопроводов.
Исследование также показало, что за сезон мерзлый грунт может проседать на два сантиметра даже без учета подвижности грунтовых вод. Последовательное таяние и замерзание породы на глубину до четырех метров приводит к деградации структуры грунта.
Методика, разработанная учеными НГТУ НЭТИ, уникальна тем, что учитывает сразу несколько взаимосвязанных процессов: теплопередачу, механическую деформацию и фазовые переходы воды. Это позволяет получать более точные результаты по сравнению с традиционными моделями, которые сосредотачиваются только на одном из этих аспектов. Кроме того, алгоритмы были оптимизированы для параллельных вычислений, что ускорило расчеты и повысило их детализацию.
Работа в этом направлении будет продолжена. Ученые планируют адаптировать модели к изменяющимся климатическим условиям, расширить возможности программного комплекса и провести дополнительные вычислительные эксперименты для уточнения прогнозов поведения многолетнемерзлых пород.
