Цель. Экспериментальное исследование влияния нефтесолевого загрязнения на содержание незамерзшей воды, теплофизические свойства и температурный режим мерзлых грунтов. Объектом исследования являлись модельные грунты в ряду песок- супесь-суглинок-глина с нефтесолевым загрязнением. Исследования проводились для «чистых», засоленных и загрязненных нефтью грунтов, а также грунтов с нефтесолевым загрязнением.
Материалы и методы. Определение содержания незамерзшей воды проводилось с использованием как стандартных контактного и криоскопического методов, так и метода ядерно-магнитного резонанса. Исследование коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости осуществлялось методом монотонного разогрева–охлаждения.
Содержание незамерзшей воды и теплофизические характеристики в широком температурном диапазоне для грунтов с нефтесолевым загрязнением исследованы впервые. При исследовании получены не только закономерности изменения свойств, но также выявлены ограничения методов. Установлено, что контактный метод определения содержания незамерзшей воды не может применяться при исследовании грунтов, содержащих нефть, а метод монотонного разогрева имеет серьезные ограничения применительно к сильнозасоленным грунтам.
Результаты и выводы. Полученные результаты показали, что влияние нефтесолевого загрязнения на содержание незамерзшей воды в целом идентично влиянию засоленности. Результаты исследования теплоемкости показали, что влияние нефтесолевого загрязнения заключается в суммарном влиянии нефти и соли и приводит к повышению (до 35 %) теплоемкости в талом и мерзлом состоянии за счет замены в поровом пространстве менее теплоемкого воздуха более теплоемкой нефтью, а также за счет увеличения количества незамерзшей воды в мерзлом грунте. Влияние нефтесолевого загрязнения на коэффициент теплопроводности идентично влиянию засоления за счет дополнительной коагуляции микроагрегатов.
Оценка влияния нефтесолевого загрязнения на температурный режим мерзлых грунтов с учетом изменения характеристик грунтов слоя сезонного оттаивания и поверхностных условий показала, что происходит значительное (до 2 раз) увеличение глубины сезонного оттаивания и среднегодовой температуры грунтов (до 1,5 °С), что может способствовать снижению несущей способности грунтового основания, в том числе при сейсмических воздействиях.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Строительство
Активное развитие нефтегазового сектора России, особенно в Арктических регионах, сопровождается комплексом экологических вызовов, требующих всестороннего изучения и решения [1]. В настоящее время на территории РФ разрабатывается более 2500 месторождений углеводородов (УВ). По данным на 2006 год [2] в области распространения многолетнемерзлых грунтов находилось около 38 % всех нефтегазовых месторождений, из которых более 80 % относились к уникальным и крупным. По данным Министерства природных ресурсов и экологии РФ на 2023 год количество крупных и уникальных нефтяных месторождений в Арктической зоне составляет около 150, которые по разведанным запасам составляют 18–20 % всех разведанных запасов углеводородов в РФ и к 2030 году будут обеспечивать до 30 % нефтедобычи РФ [1].
Список литературы
1. О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2023 году. Проект государственного доклада. М.: Минприроды России; Роснедра. 2024. 716 с.
2. Полищук Ю.М., Ященко И.Г. Сравнительный анализ химического состава нефтей России на территории вечной мерзлоты и вне ее // Криосфера Земли. 2007. № 1. Т. XI. С. 45-51.
3. Балашова Е.Ю., Фарносова Е.Н. Анализ состава и перспективы переработки попутных нефтяных и пластовых вод // Успехи в химии и химической технологии. 2017. Т. XXXI. № 5. С. 76-78.
4. Геологическая служба США напоминает, что гидравлический разрыв пласта при добыче сланцевого газа, вероятно, приводит к землетрясениям. Электронное издание: https://neftegaz.ru/news/dobycha/238615-geologicheskaya-sluzhba-ssha-napominaet-chto-gidravlicheskiy-razryv-plasta-pri-dobyche-slantsevogo-g.
5. Yu H., Harrington R.M., Kao H., Liu Y., Wang B. Fluid-injection-induced earthquakes characterized by hybrid-frequency waveforms manifest the transition from aseismic to seismic slip. Nature communications. 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26961-x
6. Рабинович Е.В., Туркин А.С., Новаковский Ю.Л. Наземная локация микросейсмических сигналов для мониторинга гидравлического разрыва пласта // Доклады ТУСУРа. 2012. № 1 (25). Часть I. С. 104-113.
7. Александров С.И., Мишин В.А., Буров Д.И. Проблемы скважинного и наземного микросейсмического мониторинга гидроразрыва пласта // Экспозиция Нефть Газ. 2015. № 6(45). С. 58-63.
8. Yu X., Sun R., Yuan X., Chen Zh., Zhang J. Resonant column test on the frozen silt soil modulus and damping at different temperatures. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 2017, vol.6, no. 4, pp. 762-769. DOI: 10.3311/PPci.10349
9. Вознесенский Е.А. Модельные грунты, модельные образцы и моделирование при испытаниях грунтов // Полевые и лабораторные методы исследования грунтов - проблемы и решения. 2025. Москва (принято в печать).
10. ГОСТ 25100-2020 Грунты. Классификация. Москва: Стандартинформ. 2020.
11. ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. Москва: Стандартинформ. 2015.
12. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ. 1998. 376 с.
13. Бузмаков С.А., Кулакова С.А. Оценка состояния почвенного покрова на территории нефтяных месторождений // Географический вестник. 2010. № 4(15). С. 75-79.
14. Безродный Ю.Г., Ботвинкин В.Н. Результаты натурных исследований загрязнения почвогрунтов на рабочих площадках добывающих скважин ООО “Лукойл-Нижневолжскнефть” // Нефтяное хозяйство. 2006. № 11. С. 120-123.
15. Батоян В.В. Принципы районирования территории СССР по устойчивости поверхностных вод к загрязнению при нефтедобыче // Ландшафтно-геохимическое районирование и охрана среды. М.: Изд-во Мысль. 1983. С. 118-130.
16. Васильев С.В. Воздействие нефтедобывающей промышленности на лесные и болотные экосистемы. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние. 1998. 136 с.
17. Белозерцева И.А. Изменение почв в мерзлотно-таежных условиях в районе освоения газоконденсатного месторождения // Геоэкология. 2012. № 3. С. 221-228.
18. Шепелев А.И., Мазитов Р.Г. Влияние нефтесолевых загрязнений на свойства почв поймы средней Оби // Геосибирь. 2006. Т. 3. № 1. С. 144-149.
19. Шишконакова Е.А., Трофимов С.Я., Аветов Н.А., Арзамазова А.В., Кинжаев Р.Р., Брыковский Д.В. Восстановление верховых болот Ханты-Мансийского Приобья после рекультивации нефте- и солезагрязненных торфяных почв в 2003-2005 гг. // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2020. № 3. С. 28-38.
20. Соромотин А.В. Экологические последствия различных этапов освоения нефтегазовых месторождений в таежной зоне Западной Сибири // Антропогенная трансформация природной среды. 2014. № 1. С. 30-34.
21. Шепелев А.И., Шепелева Л.Ф. Геохимическая трансформация состава и свойств почв тайги Западной Сибири под влиянием нефтесолевых загрязняющих веществ // Мир науки, культуры, образования. 2014. № 6 (49). С. 552-554.
22. Носова М.В., Середина В.П. Экологическое состояние почв пойменных экосистем при нефтесолевом загрязнении. В сборнике: Актуальные вопросы устойчивого природопользования: научно-методическое обеспечение и практическое решение. Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию НИЛ экологии ландшафтов факультета географии и геоинформатики БГУ. Редколлегия: Д.С. Воробьёв (отв. ред.) [и др.]. Минск. 2022. С. 421-422.
23. Григорьева В.Г. О понижении температуры замерзания воды в дисперсных грунтах. Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов. М., 1957. Вып. 3. С. 177-194.
24. Фазовый состав влаги в мерзлых породах / Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; под ред. Э.Д. Ершова. Москва: Изд-во Московского ун-та. 1979. 190 с.
25. Лосева С.Г., Харина М.Г., Кулешова В.Ю. Влияние засоления на водно-физические и теплофизические свойства грунтов. Засоленные мерзлые грунты как основания сооружений. М.: Наука. 1990. С. 24-33.
26. Мотенко Р.Г. Теплофизические свойства и фазовый состав влаги мерзлых засоленных дисперсных пород. Автореф. дисс. на соискание степени к. г-м. н., Москва, 1997.
27. Аксенов В.И., Геворкян С.Г. Засоленные и льдистые мерзлые грунты Арктического побережья как основание сооружений. М.: ООО “МАФ”. 2023. 280 с.
28. ГОСТ Р 59537-2021 Грунты. Метод лабораторного определения влажности за счет незамерзшей воды. Москва: Стандартинформ. 2021.
29. Методы геокриологических исследований. Под ред. Э.Д. Ершова. М.: Изд-во МГУ. 2004. 507 с.
30. Алексеев А.Г., Гречищева Э.С., Вшивцева Т.В. Современные методы лабораторных исследований свойств мерзлых грунтов // Фундаменты. 2021. № 4. С. 16-18.
31. Chuvilin E.M., Bukhanov B.B., Mukhametdinova A.Z., Grechishcheva E.S., Sokolova N.S., Alekseev A.G., Istomin V.A. Freezing point and unfrozen water contents of permafrost soils: estimation by the water potential method. Cold regions science and technology. 2022, vol. 196, p.103488. DOI: 10.1016/j.coldregions.2022.103488
32. Гречищева Э.С., Буханов Б.А., Мухаметдинова А.З., Мотенко Р.Г. Особенности исследования фазового состава влаги мерзлых грунтов при нефтесолевом загрязнении // Арктика и Антарктика. 2025. № 3. С. 103-118. DOI: 10.7256/2453-8922.2025.3.75093
33. Платунов Е.С., Баранов И.В., Куслиева Е.В. Автоматизированный прибор для измерений теплофизических характеристик влагосодержащих материалов // Вестник МАХ. 2009. № 3. С. 36-40.
34. Гречищева Э.С., Мотенко Р.Г. Исследование коэффициента теплопроводности мерзлого засоленного загрязненного нефтью песка с использованием прибора ИТС-λС-10 // Вестник МАХ. 2013. № 2. С. 38-42.
35. Общая геокриология / Под ред. Э.Д. Ершова. М.: Изд-во МГУ. 2002. 682 с.
36. Кравцова О.Н., Малышев А.В., Старостин Е.Г., Степанов А.В., Тимофеев А.М. Влияние загрязнения нефтепродуктами на фазовый состав воды в грунтах. Материалы 3-й конференции геокриологов России. М.: Изд-во МГУ. 2005. С. 66 -71.
37. Журавлев И.И., Мотенко Р.Г., Ершов Э.Д. Формирование теплофизических свойств мерзлых дисперсных пород при их загрязнении нефтью и нефтепродуктами // Геоэкология. 2005. № 1. С. 50-61.
38. Тимофеев А.М., Кравцова О.Н., Малышев А.В., Протодьяконова Н.А. Теплофизические свойства талых и мерзлых грунтов, загрязненных дизельным топливом // Вестник Северо-Восточного федерального университета. 2011. Т. 8. № 2. С. 15-19.
39. Ершов Э.Д., Нефедьева Ю.А., Мотенко Р.Г., Пармузин С.Ю. Прогноз изменения глубины сезонного оттаивания и промерзания грунтов под влиянием нефтяного загрязнения // Вестник МГУ. Серия 4. Геология. 2008. № 6. С. 47-50.
40. Горнов П.Ю., Дучков А.Д. Тепловой поток северо-восточной континентальной окраины России // Геология и геофизика. 2024. Т. 64. № 10. С. 1446-1458.
41. Хрусталев Л.Н. Основы геотехники в криолитозоне. М.: Изд-во МГУ. 2005. 542 с.
42. Пиковский Ю.И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. М.: Изд-во МГУ. 1993. 208 с.
43. Ананьева Г.В., Дроздов Д.С., Инстанес А., Чувилин Е.М. Нефтяное загрязнения слоя сезонного оттаивания и верхних горизонтов многолетнемерзлых пород на опытной площадке “Мыс Болванский” в устье р. Печора // Криосфера Земли. 2003. № 1. С. 49-59.
44. IPCC, 2023: Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Core Writing Team, H. Lee and J. Romero (eds.)). IPCC, Geneva, Switzerland, 184 p. DOI: 10.59327/IPCC/AR6-9789291691647
45. Геокриологическая карта СССР / Под ред. Э.Д. Ершова. М.: МинГео СССР, ПГО “ГИДРОСПЕЦГЕОЛОГИЯ”. 1991.
46. СП 493.1325800.2020 Инженерные изыскания для строительства в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Общие требования. Москва: Минстрой России. 2020.
47. Геокриология СССР. Западная Сибирь / Под ред. Э.Д. Ершова. М.: Недра. 1989. 456 с.
48. Бердников Н.М., Малкова Г.В., Дроздов Д.С., Коростелев Ю.С., Гравис А.Г., Пономарева О.Е. Динамическая карта температуры многолетнемерзлых пород Западной Сибири в период 1960-2010 годов. Сборник докладов Шестой конференции геокриологов России “Мониторинг в криолитозоне”. МГУ им. М.В. Ломоносова, 14-17 июня 2022 г.: Сб. ст. (электронное издание сетевого распространения) / Под ред. Р.Г. Мотенко. М.: “КДУ”, “Добросвет”. 2022. С. 515-519.
49. СП 14.13330.2018 Строительство в сейсмических районах. Москва: Стандартинформ. 2018.
Выпуск
Другие статьи выпуска
Введение. Контроль качества скрытых строительных работ требует применения неразрушающих методов для выявления дефектов без нарушения целостности конструкций. Среди них широкое применение получил метод анализа отклика, используемый для оценки технического состояния фундаментных плит, обделки тоннелей и других плитоподобных конструкций. С 2025 года порядок его применения регламентирован ГОСТ Р 71733-2024, в котором определена базовая последовательность работы с данными. Однако регламентированный подход не всегда обеспечивает достаточную достоверность выводов, что обусловливает необходимость совершенствования процедур обработки, анализа и интерпретации данных.
Цель. Разработка комплекса новых подходов к обработке и анализу данных метода анализа отклика, направленных на повышение достоверности выводов о техническом состоянии обследуемых конструкций.
Материалы и методы. В работе использованы экспериментальные данные, полученные при обследовании фундаментных плит. Предложенные методические приемы включают переход к энергетическому представлению спектра, удаление низкочастотных трендов сигналов, введение порогового критерия при расчете средневзвешенной частоты, робастное усреднение серий измерений с оценкой стандартной ошибки медианы, визуализацию и построение карт с учетом ошибок данных, а также статистическое выявление аномальных значений атрибутов на основе робастных критериев. Реализация процедур выполнена в виде свободно распространяемого программного обеспечения на языке Python, поддерживающего ввод данных, полученных с использованием оборудования различных производителей, и обеспечивающего полный цикл автоматизированной обработки и анализа.
Результаты. Апробация разработанных приемов на данных обследования фундаментных плит показала, что их применение позволяет получать более надежные и устойчивые оценки атрибутов и снижает влияние помех на результаты анализа. Эффективность методики подтверждена сопоставлением с данными прямых методов контроля.
Выводы. Предложенная методика повышает достоверность интерпретации данных метода анализа отклика. Она проверена на материалах натурных обследований фундаментных плит и может быть рекомендована для применения в инженерной практике.
Введение. В настоящее время актуальна задача оценки сейсмостойкости стальных каркасных зданий, учитывая различные факторы, влияющие на их поведение при землетрясениях.
Цель. Оценка влияния конструктивных особенностей стального каркасного гражданского здания на его сейсмостойкость при сейсмических воздействиях различного частотного состава и наличии в основании многолетнемерзлых грунтов.
Материалы и методы. Использовано численное моделирование для анализа сейсмостойкости стального каркасного здания. Исследование проведено с учетом варьируемых параметров: тип узловых соединений колонна-ригель, расположение ригелей в плане здания, тип основания (включая твердомерзлые и оттаявшие грунты), и преобладающая частота сейсмического воздействия.
Результаты и выводы. Установлено, что наименьшая уязвимость рассматриваемых зданий наблюдается при высокочастотных сейсмических воздействиях и при залегании твердомерзлых грунтов. Выявлено существенное влияние конструктивных особенностей каркасов (расположение несущих элементов и жесткость узловых соединений) на сейсмостойкость. Наиболее опасными для рассматриваемого типа зданий оказались средне- и низкочастотные сейсмические воздействия при наличии оттаявшего грунта под зданием. Результаты указывают на необходимость учета этих факторов при проектировании и оценке сейсмостойкости стальных каркасных зданий.
Введение. Сегодня при устройстве свайных фундаментов на многолетнемерзлых грунтах все чаще встает вопрос о необходимости сокращения сроков замерзания основания до расчетных температур, заложенных в проекте. Для выбора специальных мероприятий требуется предварительное определение времени естественного восстановления температуры. Вопрос определения времени замерзания основания также актуален для расчета несущей способности буронабивных свай, изготовленных с применением химических добавок для обеспечения набора прочности бетона в условиях отрицательной температуры основания.
Цель. Изучение закономерностей изменения времени замерзания оснований, оттаявших в процессе устройства буровых свай различных диаметров, от начальной температуры и теплофизических свойств многолетнемерзлых грунтов, и разработка методики предварительной оценки времени замерзания при проектировании фундаментов.
Материалы и методы. Теоретические исследования проведены на основе обзора и анализа современной научно-технической, нормативной и методической литературы по теплообмену между бетоном буровых свай и многолетнемерзлым грунтом. Численные расчеты выполнены с использованием сертифицированного программного комплекса.
Результаты. Приведен анализ опытных данных по изменению температуры грунтов оснований буровых свай в результате теплообмена. Описана методика выполнения численных теплотехнических расчетов распространения тепла в многолетнемерзлых грунтах с фазовыми переходами. Описаны результаты выполненных расчетов для буровых свай различных диаметров, изготовленных при различных начальных температурах и теплофизических свойствах многолетнемерзлых грунтов. Представлена нелинейная многофакторная зависимость, полученная по результатам регрессионного анализа.
Выводы. На основе анализа литературы и результатов расчетов разработана методика предварительной оценки времени замерзания оснований, оттаявших в процессе устройства буровых свай различных диаметров, от начальной температуры и теплофизических свойств многолетнемерзлых грунтов при проектировании фундаментов.
Введение. В статье рассматривается применение методов дискретной математики, в частности теории графов, для формализации и оптимизации расчета железобетонных конструкций. Традиционные методы конечных элементов дополняются графовым представлением структуры, что обеспечивает автоматическую генерацию матриц жесткости и нагрузок, а также интеграцию с машинопонимаемыми стандартами.
Материалы и методы. Разработан подход, в котором узлы конструкции соответствуют вершинам графа, а элементы (балки, колонны, плиты) – ребрам. Локальные матрицы жесткости формируются по классическим формулам, после чего собираются в глобальную матрицу через преобразования, аналогичные преобразованиям для матрицы Лапласа взвешенного графа. Для анализа применяются алгоритмы поиска путей, центральности, минимальных остовных деревьев и потоковые методы.
Результаты. Показана корректность и эффективность построения графовой модели на примере рамы в одной плоскости. Полученная глобальная матрица жесткости совпадает по структуре с матрицей Лапласа графа и обеспечивает ускорение сборки расчетной модели. Алгоритмические методы позволяют выявлять критические узлы и оптимизировать структуру.
Обсуждение. Графово-дискретный подход демонстрирует высокую совместимость с BIM и GNN, облегчает автоматизацию проектирования и интеграцию с цифровыми двойниками. Дальнейшие исследования могут быть направлены на масштабирование в пространственных каркасах и адаптацию под машинное обучение для прогнозирования отказов.
Выводы. Предложен графово-дискретный подход к расчету железобетонных конструкций, обеспечивающий автоматизацию формирования расчетной модели. Структура глобальной матрицы жесткости соответствует матрице Лапласа взвешенного графа. Применение алгоритмов теории графов позволяет анализировать нагрузку, выявлять критические узлы и оптимизировать структуру. Метод совместим с BIM, GNN и машинопонимаемыми стандартами, что облегчает интеграцию в цифровое проектирование.
Статистика статьи
Статистика просмотров за 2025 - 2026 год.
Издательство
- Издательство
- РАСС
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- г. Санкт-Петербург, Гражданский проспект, 79/4/94
- Юр. адрес
- 109428, г Москва, Рязанский р-н, ул 2-я Институтская, д 6 стр 37
- ФИО
- Бубис Александр Александрович (ВИЦЕ-ПРЕЗИДЕНТ)
- Контактный телефон
- +7 (___) _______
- Сайт
- https://aseism.ru/