Диссертация

В работе анализируется проявление сложного сочетания разномасштабности природных условий и транспортных объектов в проблемах устойчивости транспортных систем в различных регионах Арктики. Цель исследований заключается в выявлении географических и геологических факторов и оценке их воздействия на устойчивость транспортной инфраструктуры в геосистемах различного масштаба на фоне изменения климата и нарастания техногенеза. Основные задачи: 1) проанализировать имеющиеся исследования по проблематике поведения транспортных объектов в зоне распространения многолетней мерзлоты; 2) выбрать с учетом особенностей физико-географических условий и специфики освоения «опорные» регионы для исследования устойчивости транспортных объектов в криолитозоне; 3) на основе материалов полевых исследований и результатов численного моделирование температурных и физико-механических характеристик грунтов оснований провести сравнительный анализ воздействия региональных геолого-географических факторов на устойчивость транспортных систем и оценить вклад этих факторов в устойчивость транспортных объектов различного масштаба и назначения; 4) выполнить обзор методов геотехнического мониторинга на объектах транспортной инфраструктуры, выдвинуть предложения по оптимизации систем мониторинга устойчивости транспортных объектов; Объектом исследования являются многолетнемерзлые основания транспортных объектов. Предметом исследования является устойчивость транспортной инфраструктуры при воздействии геолого-географических факторов с учетом региональных особенностей. Научная новизна работы заключается в следующем: 1) По данным, полученным в ходе полевых наблюдений и численного моделирования, впервые была продемонстрирована неоднородность воздействия основных групп природных факторов на объекты транспортной инфраструктуры в рамках Западного сектора Арктики; 2) На основе собственных полевых данных и прогнозов изменения климатических параметров выполнено численное моделирование и получен оригинальный прогноз температурных полей мерзлых грунтов и инженерно-геокриологических параметров (мощность активного слоя, относительная осадка при оттаивании, возрастание касательных сил морозного пучения) в опорных регионах к 2050 г. 3) Впервые проведен анализ региональной специфики поведения транспортной инфраструктуры в Западном секторе Арктики, выявлены характерные для различных и разномасштабных географических обстановок проблемы устойчивости транспортных объектов, которые также имеют значительные различия по протяженности. 4) Предложена оригинальная концепция организации мониторинга на транспортных объектах в криолитозоне на трех уровнях, обусловленных географической иерархией: глобальном, региональном, локальном и «точечном», которая может оптимизировать проведение мониторинговых работ на линейных системах большой протяженности для корректной оценки состояния устойчивости и прогноза их поведения в условиях изменяющегося климата и техногенных воздействий. Основные защищаемые положения: 1) Деформации, возникающие на объектах транспортной инфраструктуры на региональном макроуровне, определяются пространственными различиями географических условий – климатических, мерзлотно-литологических, геоморфологических, гидрологических и гидрогеологических, и выражаются, во-первых, в увеличении глубины сезонного оттаивания грунтов на фоне разных трендов к потеплению климата и связанных с ним изменением сил морозного пучения, которые на Шпицбергене будут в 2-2,5 раза больше, чем в Западном секторе криолитозоны России; во-вторых, в разной степени активности в регионах опасных экзогенных процессов в зависимости от характера рельефа (равнинные, предгорные и горные территории). 2) На мезоуровне (локальном) линейные сооружения, отличающиеся непрерывностью и меньшей по сравнению с иными объектами вариативностью природных факторов территориального размещения, демонстрируют наибольшую зависимость от мерзлотно-литологических условий, численное моделирование которых показало, что в пределах одного региона к 2050 г. на фоне потепления климата снижение несущей способности свайных фундаментов может отличаться в 1,5-2 раза, осадка грунтов – в 2,5 раза. 3) На микроуровне отмечается решающее значение гидрологических и гидрогеологических условий, в том числе, техногенного подтопления, а также условий снегонакопления и характер снегоочистки на устойчивость отдельных участков авто- и железных дорог. 4) Для оптимизации и повышения достоверности прогноза устойчивости транспортных объектов необходимо осуществлять мониторинг объектов транспортной сети на трех пространственных иерархических уровнях: 1) региональный – выявление «неблагополучных» территорий, в том числе, с учетом региональных трендов изменения климатических параметров; 2) локальный – на «ключевых участках», выделенных исходя из типизации ландшафтно-мерзлотных условий; 3) «точечный» - на выявленных проблемных участках, в т.ч. в зонах развития опасных экзогенных процессов.