Мерзлыми называются породы, имеющие отрицательную температуру и содержащие включения льда. Породы, не содержащие льда, но, также, с отрицательной температурой, называются морозными.
Различают сезонномерзлые породы, промерзающие в зимний период, и многолетнемерзлые – так называемая вечная мерзлота.
Глубина зимнего промерзания (для сезонномерзлых пород) зависит от температуры воздуха, продолжительности зимнего периода и теплопроводности породы. Теплопроводность породы определяется ее пористостью и влажностью.
Верхний слой земли, испытывающий сезонное промерзание и оттаивание, называется деятельным слоем. Мощность деятельного слоя для разных районов и различных пород неодинакова.
При замерзании горных пород происходит уменьшение их объема с образованием морозобойных трещин. Вода, проникающая в эти трещины и также замерзающая (известно, что вода, замерзшая при 0°С, увеличивается в объеме на 9%), расширяет и углубляет трещины. Это процесс морозного выветривания.
Подземные (грунтовые) воды при замерзании грунта с поверхности оказываются в сжатом состоянии, испытывают большое гидростатическое давление и прорываются в сторону наименьшего сопротивления – в котлованы, дорожные выемки, к поверхности земли.
Выделяют следующие явления, связанные с промерзанием и оттаиванием:
1. Наледиобразуются при выходе воды на поверхность, что связано с гидростатическим давлением при ее замерзании. Наледи возникают за счет поверхностных и подземных вод. Нередко образуются рядом с сооружениями, дорогами и могут их деформировать.
Борьба с наледями осуществляется следующими методами:
- отвод поверхностных вод;
- перехват и снижение уровня подземных вод;
- создание мерзлотных поясов;
- снегозадержание.
2. Пучинаминазывают местные поднятия поверхности зимой и размягчения весной. Особенно характерны для автомобильных и железных дорог, а также – зданий и сооружений, опирающихся на деятельный слой. Возникновение пучин возможно при наличии двух условий: промерзания слоя грунта (дорожного полотна) и подтока к нему воды.
Борьба с пучинами, соответственно, заключается в отводе воды от промерзающего слоя и недопущении промерзания этого слоя (т.е. устройство теплоизолирующих слоев).
3. Явление течения почв (солифлюкция)заключается в разжижении почвы весной за счет таяния мерзлотного льда и перемещении ее вниз по склону (иногда – по очень пологому, крутизной 3-5°).
4. Явление термокарстахарактерно для вечномерзлых пород и заключается в нарушении сплошности поверхности, образовании провалов в результате таяния погребенного льда. При этом образуются пустоты (за счет таяния льда), а с поверхности – воронки, заполненные водой (термокарстовые озера).
5. Морозное выветриваниеописано выше и связано с изменением состава и свойств пород в результате колебаний температуры.