Ученые Пермского Политеха (член Национальной ассоциации участников рынка робототехники) совместно с коллегами из Горного института УрО РАН и Института природопользования НАН Беларуси впервые выяснили, как малые концентрации растворенной соли влияют на замерзание грунтов. Результаты показали, что при определенных условиях пучение может усиливаться на 17-40%. Это открытие поможет уточнить инженерные расчеты при строительстве в зоне мерзлоты и при искусственном замораживании грунтов, например, при проходке шахтных стволов.

Значительная часть территорий России, Канады и Скандинавии находится в зоне многолетнемерзлых и сезоннопромерзающих грунтов. Здесь строят дороги, города и промышленные объекты, но поведение таких грунтов трудно предсказать — оно зависит от температуры, влажности и химического состава подземных вод. Ошибки в расчетах приводят к деформации фундаментов, разрушению дорог и авариям.

Одно из самых опасных явлений — морозное пучение. Вода в промерзающей почве перемещается к фронту холода, замерзает и расширяется, образуя ледяные прослойки. За счет постоянного притока влаги объем грунта может увеличиваться на десятки процентов. Возникающих сил достаточно, чтобы приподнимать многотонные здания, разрывать трубопроводы и разрушать дорожные покрытия.

Сегодня для борьбы с пучением грунт заменяют на скальный или песчаный, утепляют почву, используют длинные сваи или осушают участки. Однако при строительстве на севере или в зонах техногенного загрязнения грунты часто оказываются засолены. В таких условиях привычные методы не работают, а прогнозировать поведение почвы становится сложнее. Еще один важный случай — проходка стволов калийных рудников с искусственным замораживанием, где стандартные подходы к проектированию ледопородного ограждения также неприменимы.

Ранее влияние соли на миграцию влаги изучали в основном эмпирически, и в расчетах обычно предполагалось, что соль лишь ослабляет пучение. Пермские ученые впервые показали физический механизм, через который соль влияет на движение воды. Оказалось, что при малых концентрациях пучение может не снижаться, а наоборот — усиливаться, что напрямую влияет на точность инженерных расчетов и надежность строительства в сложных условиях.