Modeling active layer thickness dynamics in pile foundations with cooling devices under climate warming

[Моделирование динамики сезонного промерзания-оттаивания грунта в свайных фундаментах с охлаждающими устройствами при потеплении климата]

Mikhail Yu. Filimonov^ab, Nataliia A. Vaganova^ab, Victor M. Kapkaev<sup>b

a</sup> Krasovskii Institute of Mathematics and Mechanics, Yekaterinburg, Russian Federation
^b Ural Federal University, Yekaterinburg, Russian Federation

Аннотация: Несущая способность грунта, окружающего свайный фундамент капитального сооружения в криолитозоне, напрямую зависит от толщины активного слоя (ALT). Активным слоем является верхний слой грунта, который ежегодно оттаивает летом и замерзает зимой. Его толщина в вечной мерзлоте зависит от климатических условий, теплофизических характеристик грунта, растительного покрова, осадков, солнечного излучения и других факторов, в частности потепления климата, которое в районах распространения вечной мерзлоты происходит более быстрыми темпами по сравнению с другими регионами. Исследование изменения толщины ALT является актуальной задачей, которой занимаются многочисленные исследовательские коллективы, и которая находится в центре внимания действующих международных программ, посвященных сбору и распространению данных о толщине ALT в различных точках Северного полушария. В России большинство капитальных сооружений в криолитозоне построено и эксплуатируется по принципу сохранения в мерзлом состоянии оснований фундамента. Поэтому величина толщины ALT является важным индикатором, характеризующим температурную устойчивость грунта, окружающего свайный фундамент капитального сооружения, в условиях меняющегося климата. В настоящем исследовании проводится изучение толщины ALT, но в проветриваемом подполье современного жилого здания, имеющего свайный фундамент, оснащенный сезонно действующими охлаждающими устройствами, используемыми для термостабилизации грунта. Детально исследованы различные сценарии потепления климата и их влияние на работу охлаждающих устройств, а значит, и на толщину ALT. Новизна предлагаемого исследования заключена также в оригинальной методике, учитывающей при компьютерном моделировании данные температурного мониторинга и предысторию температурного режима грунта, окружающего свайный фундамент конкретного жилого дома в городе Салехарде.

Ключевые слова: свайный фундамент, математическое моделирование, тепломассоперенос, вечная мерзлота.

УДК: 519.6

Получена: 05.03.2025
Исправленный вариант: 15.04.2025
Принята: 24.05.2025

Язык публикации: английский