vrgupВестник Ростовского государственного университета путей сообщенияVestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya0201-727XРостовский государственный университет путей сообщения10.46973/0201-727X_2024_1_35vrgup-65Research ArticleЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПУТЬ И ТРАНСПОРТНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВОRAIL TRACK AND TRANSPORT CONSTRUCTIONЭкспериментальное определение двухпараметрического температурного критерия начала интенсивного криогенного влагопереноса в различных видах глинистых грунтовExperimental determination of the two-parameter temperature criterion for the onset of intensive cryogenic moisture transfer in various types of clayey soilsРазуваевД. А.RazuvaevD. A.

Денис Алексеевич Разуваев, кандидат технических наук, доцент

кафедра «Путь и путевое хозяйство»

Новосибирск

Denis Alexeevich Razuvaev, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

Chair «Track and Track Facilities»

Novosibirsk

razdenis@mail.ruЧахловМ. Г.ChakhlovM. G.

Михаил Геннадьевич Чахлов, преподаватель, научный сотрудник

кафедра «Путь и путевое хозяйство»

Новосибирск

Mikhail Gennadevich Chakhlov, Lecturer, Researcher

Chair «Track and Track Facilities»

Novosibirsk

mik404@mail.ruСибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС)Siberian Transport University (STU)202430032024013544Copyright © Разуваев Д.А., Чахлов М.Г., 20242024Разуваев Д.А., Чахлов М.Г.Razuvaev D.A., Chakhlov M.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.rgups.ru/jour/article/view/65

   Для предотвращения образования пучин на железнодорожном пути при сезонном промерзании возможно применение способа, предусматривающего создание в теле или основании земляного полотна капиллярного барьера путем инъекции гидроизолирующих составов, что исключает криогенный влагоперенос в активную зону. Для более точных прогнозов и назначения глубины капиллярного барьера при проектировании авторами поставлена задача по установлению двухпараметрического критерия (от значения температуры и градиента температуры) начала интенсивного криогенного влагопереноса для глинистых грунтов и его зависимости от числа пластичности. В работе описаны постановка и проведение, а также обобщены и приведены результаты лабораторных экспериментов, направленных на решение поставленной актуальной задачи. По результатам эксперимента для различных видов глинистых грунтов (в интервале числа пластичности от 0,05 до 0,13) определены и аппроксимированы экспоненциальной функцией двухпараметрические температурные критерии начала интенсивного криогенного влагопереноса под капиллярным барьером. Полученные экспериментальные данные дополнительно аппроксимированы по числу пластичности глинистого грунта.

   A method for creating a capillary barrier in the subgrade soil of railway pavements by injecting waterproofing compounds has been proposed and justified for use in adverse soil and hydrological conditions and deep seasonal freezing of soils. The implementation of this method allows for the elimination of frost heaving in the active zone of the subgrade during seasonal freezing. For more accurate predictions and determining the depth of the capillary barrier during design, the authors aimed to establish a two-parameter criterion (based on temperature and temperature gradient) for the onset of intensive cryogenic moisture transfer in clayey soils, and its dependence on the plasticity index. The paper describes the formulation, implementation, and presents the results of laboratory experiments aimed at solving this relevant problem. Based on the experiment results, exponential functions for the two-parameter temperature criteria for the onset of intensive cryogenic moisture transfer beneath the capillary barrier have been determined and approximated for various types of clayey soils (within the plasticity index range of 0.05 to 0.13). Additionally, the obtained experimental data have been further approximated based on the plasticity index of the clayey soil.

железная дорогакапиллярный барьерземляное полотносезонное промерзаниетемпература грунтовградиент температуры грунтоввлагопереносrailwaycapillary barriersubgradeseasonal freezingsoil temperaturesoil temperature gradientmoisture transferReferencesЗолотарь, И. А. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд / И. А. Золотарь, Н. А. Пузаков, В. М. Сиденко. – Москва : Транспорт, 1971. – 416 с.Zolotar, I. A. Water-thermal regime of roadbed and road clothing / I. A. Zolotar, N. A. Puzakov, V. M. Sidenko. – Moscow : Transport, 1971. – 416 p.Пузаков, Н. А. Водно-тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог / Н. А. Пузаков. – Москва, 1960. – 169 с.Puzakov, N. A. Water-thermal regime of roadbeds of highways / N. A. Puzakov. – Moscow, 1960. – 169 p.Razuvaev, D. A. Rationale for creation of capillary breaking layers in cold regions subgrade by pressure injection of waterproofing compounds / D. Razuvaev, A. Lanis, M. Chakhlov // Sciences in Cold and Arid Regions. – Volume 13, Issue 5, October, 2021. – P. 366–371. – ISSN 2310-0044.Razuvaev, D. A. Rationale for creation of capillary breaking layers in cold regions subgrade by pressure injection of waterproofing compounds / D. Razuvaev, A. Lanis, M. Chakhlov // Sciences in Cold and Arid Regions. – Volume 13, Issue 5, October, 2021. – P. 366–371. – ISSN 2310-0044.Injection Compositions for Creating Impervious Screen for Roadbed Foundation / D. A. Razuvaev, M. G. Chakhlov, V. Y. Soloviova, G. V. Karpachevsky // Transportation Research Procedia : 12, Irkutsk-Krasnoyarsk, 06–08 October 2021. – Irkutsk ; Krasnoyarsk, 2022. – P. 621–626. – DOI: 10.1016/j.trpro.2022.01.100.Injection Compositions for Creating Impervious Screen for Roadbed Foundation / D. A. Razuvaev, M. G. Chakhlov, V. Y. Soloviova, G. V. Karpachevsky // Transportation Research Procedia : 12, Irkutsk-Krasnoyarsk, 06–08 October 2021. – Irkutsk ; Krasnoyarsk, 2022. – P. 621– 626. – DOI: 10.1016/j.trpro.2022.01.100.Коэффициенты морозного пучения силикатизированных глинистых грунтов / Д. А. Разуваев, А. Л. Ланис, М. Г. Чахлов, Р. С. Печенкин // Вест0ник Сибирского государственного университета путей сообщения. – 2023. – № 2 (65). – С. 91–98. – DOI: 10.52170/1815-9265_2023_65_91.Coefficients of frost heaving of silicatized clayey soils / D. A. Razuvaev, A. L. Lanis, M. G. Chakhlov, R. S. Pechenkin // Siberian Transport University Bulletin. – 2023. – No. 2 (65). – P. 91–98. – DOI: 10.52170/1815-9265_2023_65_91.Чеверев, В. Г. Физико-химическая теория формирования массообменных и тепловых свойств криогенных грунтов : специальность 04.00.07 «Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение» : диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук / В. Г. Чеверев ; Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова. – Москва, 1999. – 305 с.Cheverev, V. G. Physico-Chemical Theory of Formation of Mass Exchange and Thermal Properties of Cryogenic Soils : specialty 04.00.07 “Engineering geology, permafrost and soil science” : Thesis for the Degree of Doctor of Geological and Mineralogical Sciences / V. G. Cheverev ; Moscow State University named after. M. V. Lomonosov. – Moscow, 1999. – 305 p.Чистотинов, Л. В. Миграция влаги в промерзающих неводонасыщенных грунтах / Л. В. Чистотинов. – Москва : Наука, 1973. – 142 с.Chistotinov, L. V. Water Migration in Freezing Unsaturated Soils / L. V. Chistotinov. – Moscow : Nauka, 1973. – 142 p.Ананян, А. А. Исследование процессов перемещения влаги и образование сегрегационного льда в замерзающих и мерзлых горных породах / А. А. Ананян // Труды Гидропроекта. – Сб. 3. – Москва, 1960.Ananyan, A. A. Study of Water Migration Processes and Formation of Segregational Ice in Freezing and Frozen Mountain Rocks. – Proceedings of Hydroproject. – Vol. 3. – Moscow, 1960.Кудрявцев, С. А. Промерзание и оттаивание грунтов (практические примеры и конечно-элементные расчеты) / С. А. Кудрявцев, И. И. Сахаров, В. Н. Парамонов. – Санкт-Петербург, 2014. – 262 с. – ISBN 978-5-9904956-3-0.Kudryavtsev, S. A. Freezing and Thawing of Soils (Practical Examples and Finite Element Calculations) / S. A. Kudryavtsev, I. I. Sakharov, V. N. Paramonov. – Saint Petersburg, 2014. – 262 p. – ISBN 978-5-9904956-3-0.Общее мерзлотоведение (геокриология) / В. А. Кудрявцев, Б. Н. Достовалов, Н. Н. Романовский [и др.] ; под редакцией В. А. Кудрявцева. – Москва : Издательство МГУ, 1978. – 464 с.General Permafrost Science (Geocryology) / V. A. Kudryavtsev, B. N. Dostovalov, N. N. Romanovsky [et al.] ; Edited by V. A. Kudryavtsev. – Moscow : Moscow State University Press, 1978. – 464 p.Лыков, А. В. Теория тепло- и массопереноса / А. В. Лыков, Ю. А. Михайлов. – Москва ; Ленинград : Госэнергоиздат, 1963. – 536 с.Lykov, A. V. Theory of Heat and Mass Transfer / A. V. Lykov, Yu. A. Mikhailov. – Moscow ; Leningrad : Gosenergoizdat, 1963. – 536 p.Анализ представлений о механизме криогенной миграции воды в промерзающих грунтах / В. Г. Чеверев, А. В. Брушков, С. А. Половков [и др.] // Криосфера Земли. – 2021. – Т. 25, № 5. – С. 3–12. – DOI 10.15372/KZ20210501.Analysis of concepts on the mechanism of cryogenic water migration in freezing soils / V. G. Сheverev, A. V. Brushkov, S. A. Polovkov [et al.] // Earth's Cryosphere. – 2021. – Vol. 25, No. 5. – P. 3–12. – DOI: 10.15372/KZ20210501.Bronfenbrener, L. Modeling frost heave in freezing soils / L. Bronfenbrener, R. Bronfenbrener // Cold Regions Science and Technology. – 2010. – Vol. 61. – P. 43–64. – DOI: 10.1016/j.coldregions.2009.12.007.Bronfenbrener, L. Modeling frost heave in freezing soils / L. Bronfenbrener, R. Bronfenbrener // Cold Regions Science and Technology. – 2010. – Vol. 61. – P. 43–64. – DOI: 10.1016/j.coldregions.2009.12.007.Extended porosity rate function for frost heave / B. Abdalla, C. Fan, C. Mckinnon [et al.] // 33<sup>rd</sup> Intern. Conf. on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. Vol. 10 : Polar and Arctic Science and Technology (San Francisco, California, USA, June 8–13, 2014). – New York, Publ. ASME, 2014, V010T07A046.Extended porosity rate function for frost heave / B. Abdalla, C. Fan, C. Mckinnon [et al.] // 33<sup>rd</sup> Intern. Conf. on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. Vol. 10 : Polar and Arctic Science and Technology (San Francisco, California, USA, June 8–13, 2014). – New York, Publ. ASME, 2014, V010T07A046.Разуваев, Д. А. Температурные критерии начала интенсивного криогенного влагопереноса в грунтах земляного полотна / Д. А. Разуваев, М. Г. Чахлов // TRANSOILCOLD-2023 : Материалы 6-го Международного Симпозиума по строительному инжинирингу грунтовых сооружений на транспорте в холодных регионах, Москва, 02–05 октября 2023 года ; под общей редакцией Т. В. Шепитько. – Москва, 2023. – С. 155–157. – EDN: YYSXKO.15 Razuvaev, D. A. Temperature criterion for the start of the intensive cryogenic moisture transfer process in the soils of the subgrade / D. A. Razuvaev, M. G. Chakhlov // TRANSOILCOLD-2023 : Materials of the 6th International Symposium on Geotechnical Engineering of Transportation Infrastructure in Cold Regions, Moscow, October 2–5, 2023 ; Edited by T. V. Shepitko. – Moscow, 2023. – P. 155–157. – EDN: YYSXKO.Razuvaev, D. A. Determination of the two-parameter temperature criterion for the start of the intesive cryogenic moisture transfer process in clay soils of the subgrade / D. Razuvaev, M. Chakhlov // E3S Web of Conferences. Volume 402, 12022 (2023). – DOI: 10.1051/e3sconf/202340212022.Razuvaev, D. A. Determination of the two-parameter temperature criterion for the start of the intesive cryogenic moisture transfer process in clay soils of the subgrade / D. A. Razuvaev, M. G. Chakhlov // E3S Web of Conferences. Volume 402, 12022 (2023). – DOI: 10.1051/e3sconf/202340212022.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.