RU2795153C1 - Method for geocryological monitoring and assessment of the condition of roads in the permafrost zone - Google Patents

Method for geocryological monitoring and assessment of the condition of roads in the permafrost zone Download PDF

Info

Publication number
RU2795153C1
RU2795153C1 RU2021139196A RU2021139196A RU2795153C1 RU 2795153 C1 RU2795153 C1 RU 2795153C1 RU 2021139196 A RU2021139196 A RU 2021139196A RU 2021139196 A RU2021139196 A RU 2021139196A RU 2795153 C1 RU2795153 C1 RU 2795153C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
monitoring
roadway
wells
thermometric
temperature
Prior art date
Application number
RU2021139196A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Владимирович Литовко
Александр Федотович Жирков
Игорь Иннокентьевич Сыромятников
Михаил Николаевич Железняк
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU2795153C1 publication Critical patent/RU2795153C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: geocryological monitoring.
SUBSTANCE: invention can be used for geocryological monitoring of roads. Temperature and humidity in the active layer of soil, thickness of snow cover, surface temperature of the roadway and heat fluxes of the roadway are controlled on a road section. In addition, the temperature, wind strength and precipitation near the road section are measured. Temperature control in the active soil layer is carried out by drilling thermometric wells and conducting thermometric observations in them using temperature sensors. Thermometric wells are drilled to a depth of 15-20 m and equipped with thermometric pipes for the entire depth. At the same time, one well is located in the middle of the roadway, two more wells are located on the slopes of the road embankment, and two more wells are located off the road on both sides of the roadway in the natural landscape.
EFFECT: improving the accuracy of assessing the condition of roads in the permafrost zone.
4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к системам геокриологического мониторинга многолетнемерзлых грунтов и предназначено для контроля (оценки) состояния автомобильных дорог в криолитозоне и их эффективной эксплуатации.The invention relates to systems for geocryological monitoring of permafrost soils and is intended for monitoring (evaluating) the state of roads in the permafrost zone and their efficient operation.

Известен «СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ГРУНТОВ» RU 2361208 [1], заключающийся в установке датчика для измерения температуры парожидкостной фазы грунта в приподошвенной зоне основания, измерении температуры парожидкостной фазы до и после приложения динамической нагрузки и определении разности измеренных параметров, в той же зоне основания устанавливают датчик для измерения относительной электропроводимости грунта, измеряют относительную электропроводимость грунта.Known "METHOD FOR DIAGNOSING THE BEARING CAPACITY OF SOILS" RU 2361208 [1], which consists in installing a sensor for measuring the temperature of the vapor-liquid phase of the soil in the bottom zone of the base, measuring the temperature of the vapor-liquid phase before and after applying a dynamic load and determining the difference between the measured parameters in the same base zone install a sensor to measure the relative electrical conductivity of the soil, measure the relative electrical conductivity of the soil.

Недостатком известного способа является низкая точность контроля и оценки состояния транспортных магистралей в криолитозоне.The disadvantage of this method is the low accuracy of monitoring and assessing the state of highways in permafrost.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ, ОТВАЛОВ И СООРУЖЕНИЙ ИЗ МЕРЗЛЫХ ПОРОД» RU 2684543 [2] включающий установку датчиков температуры и влажности в деятельном слое сооружения.Closest to the claimed technical solution is the "METHOD FOR DETERMINING THE STABILITY OF THE BOARDS OF PITS, Dumps AND STRUCTURES FROM FROZEN ROCK" RU 2684543 [2] including the installation of temperature and humidity sensors in the active layer of the structure.

К недостаткам способа является низкая точность мониторинга и оценки состояния автодорог в криолитозоне, обусловленная отсутствием учета вклада сезонной составляющей.The disadvantages of the method is the low accuracy of monitoring and assessing the state of roads in permafrost, due to the lack of consideration of the contribution of the seasonal component.

Техническим результатом является повышение точности мониторинга и оценки состояния автодорог в криолитозоне.The technical result is to increase the accuracy of monitoring and assessing the state of roads in the permafrost zone.

Технический результат достигается тем, что способ геокриологического мониторинга и оценки состояния автомобильных дорог в криолитозоне, включающий мониторинг температуры в деятельном слое грунта посредством бурения термометрических скважин и проведения в них термометрических наблюдений с использованием температурных датчиков, мониторинг влажности в деятельном слое грунта, мониторинг толщины снежного покрова, сбор и обработку информации для дальнейшего анализа, характеризуется тем, что термометрические скважины бурят на глубину 15-20 м и на всю глубину оборудуют их термомерическими трубами, при этом одну скважину располагают посередине дорожного полотна, еще две скважины располагают на откосах дорожной насыпи и еще две скважины - вне дороги с обеих сторон полотна в естественном ландшафте, дополнительно проводят мониторинг температуры поверхности дорожного полотна и мониторинг потоков тепла дорожного полотна, а также измеряют температуру, силу ветра и величину осадков вблизи участка мониторинга.The technical result is achieved by the fact that the method of geocryological monitoring and assessment of the state of roads in the permafrost zone, including monitoring the temperature in the active layer of soil by drilling thermometric wells and conducting thermometric observations in them using temperature sensors, monitoring humidity in the active layer of soil, monitoring the thickness of the snow cover , collection and processing of information for further analysis, is characterized by the fact that thermometric wells are drilled to a depth of 15-20 m and equipped with thermometric pipes to the full depth, while one well is located in the middle of the roadway, two more wells are located on the slopes of the road embankment and another two wells - outside the road on both sides of the roadway in the natural landscape, additionally monitor the surface temperature of the roadway and monitor the heat fluxes of the roadway, and also measure the temperature, wind strength and precipitation near the monitoring site.

Для мониторинга потоков тепла могут использоваться тепломеры, установленные под дорожным полотном, что позволит оценить потоки тепла и дополнительно увеличить точность мониторинга.To monitor heat flows, heat meters installed under the roadway can be used, which will allow estimating heat flows and further increasing the monitoring accuracy.

Может использоваться метеостанция (с непрерывной записью температуры, силы ветра, величины осадков) для увеличения точности мониторинга.A weather station (with continuous recording of temperature, wind strength, rainfall) can be used to increase monitoring accuracy.

В качестве устройства приповерхностного мониторинга снежного покрова могут использоваться снегомерные вешки с контрастными метками, расположенные в поле зрения цифровой фотокамеры. Использование цифровых фотокамер позволит снизить воздействие на окружающую среду в процессе измерения, что дополнительно повысит точность измерения высоты снежного покрова.As a device for near-surface monitoring of snow cover, snow gauges with contrast marks located in the field of view of a digital camera can be used. The use of digital cameras will reduce the environmental impact of the measurement process, further improving the accuracy of snow depth measurements.

Данные от всех датчиков и метеостанции передаются в центральный обрабатывающий центр, который осуществляет запись и обработку данных от всех датчиков и выдает результат.Data from all sensors and the weather station are transmitted to the central processing center, which records and processes data from all sensors and gives the result.

Осуществление изобретения:Implementation of the invention:

Схематически способ показан на чертеже (разрез), где:Schematically, the method is shown in the drawing (section), where:

1. щебенисто-супесчаная насыпь с дорожным полотном;1. gravel-sandy loam embankment with a roadbed;

2. суглинок;2. loam;

3. лед;3. ice;

4. подземный лед;4. underground ice;

5. верхняя кровля мерзлоты;5. upper roof of permafrost;

6. граница грунтовых слоев;6. boundary of soil layers;

7. изотермы;7. isotherms;

8. термометрические скважины, их номер;8. thermometric wells, their number;

9. тепломеры;9. heat meters;

10. датчики влажности; 11.снегомерные вешки;10. humidity sensors; 11. snow gauges;

12. камеры наблюдения;12. Surveillance cameras;

13. метеостанция.13. weather station.

Способ осуществляют следующим образом:The method is carried out as follows:

Естественный ландшафт состоит из подземного льда 4, чистого льда 3, слоя суглинка 2. Граница грунтовых слоев показана 6. На поверхности суглинка устраивается насыпь 1 с дорожным полотном. После устройства насыпи изотермы 7 и верхняя кровля мерзлоты 5 смещаются в зависимости от средней температуры на поверхности и от сезонной составляющей.The natural landscape consists of underground ice 4, pure ice 3, a layer of loam 2. The boundary of the soil layers is shown 6. An embankment 1 with a roadbed is arranged on the surface of the loam. After the construction of the embankment, isotherms 7 and the upper roof of permafrost 5 shift depending on the average temperature on the surface and on the seasonal component.

Термометрические скважины 8 проходят вертикально, от поверхности. Тепломеры 9 устанавливают под полотном и под поверхностью участка естественного ландшафта. Датчики влажности 10 могут устанавливаться в теле насыпи и прямо под ней. Снегомерные вешки 11 устанавливают по краям насыпи и на поверхности прилегающего к насыпи естественного ландшафта. Камеры наблюдения 12 устанавливают так, что в поле зрения камер попадали снегомерные вешки. Метеостанцию 13 располагают в близости от участка дороги.Thermometric wells 8 run vertically from the surface. Heat meters 9 are installed under the canvas and under the surface of the natural landscape. Moisture sensors 10 can be installed in the body of the embankment and directly below it. Snow gauges 11 are installed along the edges of the embankment and on the surface of the natural landscape adjacent to the embankment. Surveillance cameras 12 are installed so that snow poles fall into the field of view of the cameras. Weather station 13 is located in the vicinity of the road section.

На ключевых участках проводится бурение термометрических скважин глубиной 15-20 м с отбором образцов грунта на физико-механические свойства (на Фиг.). Эти скважины должны быть установлены следующим образом:In key areas, thermometric wells are being drilled to a depth of 15-20 m with the selection of soil samples for physical and mechanical properties (in Fig.). These wells should be installed as follows:

- одна скважина по середине дорожного полотна;- one well in the middle of the roadway;

- две скважины на откосах дорожной отсыпки;- two wells on the slopes of the road fill;

- две скважины вне дороги с обеих сторон полотна в естественном ландшафте.- two wells off the road on both sides of the canvas in a natural landscape.

Буровые скважины необходимо оборудовать термометрическими трубами на всю глубину. В термометрических трубах должны быть установлены температурные датчики по ГОСТ 25358-2012 «ГРУНТЫ. Метод полевого определения температуры». Для получения более детальных данных с непрерывным рядом записи температуры грунтов используются термокосы с логгерной системой.Boreholes must be equipped with thermometric pipes to the full depth. Temperature sensors must be installed in thermometric pipes in accordance with GOST 25358-2012 “SOILS. Field temperature determination method”. To obtain more detailed data with a continuous series of soil temperature records, thermocouples with a logger system are used.

Все полученная информация будет сведена в базы данных с оперативной обработкой и анализом. Это позволит комплексно, с использованием массива получаемых натурных данных и математического моделирования подготовить рекомендации по техническим решениям, учитывающие особенности инженерно-геокриологических условий ключевых участков автомобильной дороги на период его строительства, капитального ремонта и эксплуатации.All the information received will be compiled into databases with operational processing and analysis. This will make it possible to comprehensively, using an array of obtained field data and mathematical modeling, prepare recommendations for technical solutions that take into account the peculiarities of engineering and cryological conditions of key sections of the highway for the period of its construction, overhaul and operation.

Технический результат повышение точности мониторинга и оценки состояния автодорог в криолитозоне достигается тем, что позволяет учесть влияние величины атмосферных осадков и температуры поверхности объекта на температурный режим участка автодороги и своевременно предсказывать ухудшение ее состояния. При этом появляется возможность учета вариации сезонных погодных условий (холодная зима, удлиненное лето и т.д.) на состояние температурного поля и состояние автодороги.The technical result of improving the accuracy of monitoring and assessing the state of roads in the permafrost zone is achieved by taking into account the influence of precipitation and the surface temperature of the object on the temperature regime of the road section and predicting the deterioration of its condition in a timely manner. In this case, it becomes possible to take into account the variation of seasonal weather conditions (cold winter, extended summer, etc.) on the state of the temperature field and the state of the road.

Промышленное применение. Предлагаемый способ геокриологического мониторинга может с успехом применяться для оценки состояния автомобильных дорог в криолитозоне.Industrial application. The proposed method of geocryological monitoring can be successfully used to assess the state of roads in the permafrost zone.

Claims (4)

1. Способ геокриологического мониторинга автомобильных дорог в криолитозоне, включающий мониторинг температуры в деятельном слое грунта посредством бурения термометрических скважин и проведения в них термометрических наблюдений с использованием температурных датчиков, мониторинг влажности в деятельном слое грунта, мониторинг толщины снежного покрова, сбор и обработку информации для дальнейшего анализа, отличающийся тем, что термометрические скважины бурят на глубину 15-20 м и на всю глубину оборудуют их термометрическими трубами, при этом одну скважину располагают посередине дорожного полотна, еще две скважины располагают на откосах дорожной насыпи и еще две скважины – вне дороги с обеих сторон полотна в естественном ландшафте, дополнительно проводят мониторинг температуры поверхности дорожного полотна и мониторинг потоков тепла дорожного полотна, а также измеряют температуру, силу ветра и величину осадков вблизи участка мониторинга.1. A method for geocryological monitoring of roads in the permafrost zone, including temperature monitoring in the active soil layer by drilling thermometric wells and conducting thermometric observations in them using temperature sensors, monitoring humidity in the active soil layer, monitoring snow cover thickness, collecting and processing information for further analysis, characterized in that thermometric wells are drilled to a depth of 15-20 m and equipped with thermometric pipes to the full depth, while one well is located in the middle of the roadway, two more wells are located on the slopes of the road embankment and two more wells are off the road from both sides of the roadway in the natural landscape, additionally monitor the surface temperature of the roadway and monitor the heat fluxes of the roadway, as well as measure the temperature, wind strength and precipitation near the monitoring site. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что мониторинг потоков тепла дорожного полотна проводят с использованием тепломеров, установленных под дорожным полотном.2. The method according to claim 1, characterized in that the monitoring of the heat fluxes of the roadway is carried out using heat meters installed under the roadway. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру, силу ветра и величину осадков вблизи участка мониторинга измеряют с помощью метеостанции.3. The method according to claim 1, characterized in that the temperature, wind strength and precipitation near the monitoring site are measured using a weather station. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что мониторинг толщины снежного покрова выполняют с использованием снегомерных вешек с контрастными метками, расположенных в поле зрения цифровой фотокамеры.4. The method according to claim 1, characterized in that the monitoring of the thickness of the snow cover is performed using snow gauges with contrast marks located in the field of view of a digital camera.
RU2021139196A 2021-12-28 Method for geocryological monitoring and assessment of the condition of roads in the permafrost zone RU2795153C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2795153C1 true RU2795153C1 (en) 2023-04-28

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101762832A (en) * 2010-01-26 2010-06-30 中国气象局气象探测中心 Method for detecting depth of snow and device thereof
CN109653185A (en) * 2018-11-27 2019-04-19 兰州大学 A kind of multi-data source subgrade in salty soil zone monitoring system and its monitoring and evaluation method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101762832A (en) * 2010-01-26 2010-06-30 中国气象局气象探测中心 Method for detecting depth of snow and device thereof
CN109653185A (en) * 2018-11-27 2019-04-19 兰州大学 A kind of multi-data source subgrade in salty soil zone monitoring system and its monitoring and evaluation method

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.А.Исаков, Ф.С.Телков. Геокриологический мониторинг на объектах дорожной сети в криолитозоне России / Инженерные изыскания в строительстве: Мат-лы IX науч.-практ. конф. молодых специалистов. М.: ОАО "ПНИИИС", 2013. Методические рекомендации по измерению и прогнозу изменения температуры во времени и по глубине дорожной одежды с учётом её конструктивных особенностей. - М.: Федеральное дорожное агентство (Росавтодор), 2020. *
Мониторинг состояния дорог (https://datchiki.com/lufft-метеостанции-и-погодные-датчики/). *
Системы дорожного мониторинга МИНИМАКС-94 (https://mm94.ru/catalog/sistemy-dorozhnogo-monitoringa/). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Pipeline–permafrost interaction monitoring system along the China–Russia crude oil pipeline
Yu et al. In-situ monitoring of settlement at different layers under embankments in permafrost regions on the Qinghai–Tibet Plateau
Gruber Ground subsidence and heave over permafrost: hourly time series reveal interannual, seasonal and shorter-term movement caused by freezing, thawing and water movement
Jean-Michel et al. Groundwater dynamics within a watershed in the discontinuous permafrost zone near Umiujaq (Nunavik, Canada)
Jaesche et al. Snow cover and soil moisture controls on solifluction in an area of seasonal frost, eastern Alps
Matsuoka Modelling frost creep rates in an alpine environment
RU2795153C1 (en) Method for geocryological monitoring and assessment of the condition of roads in the permafrost zone
Roustaei et al. Investigating the mechanism of frost penetration under railway embankment and projecting frost depth for future expected climate: A case study
Pylkkänen et al. Real-time in situ monitoring of frost depth, seasonal frost heave, and moisture in railway track structures
Genc et al. Comprehensive in-situ freeze-thaw monitoring under a granular-surfaced road system
Bazi et al. Seasonal effects on a low-volume road flexible pavement
Birgisson et al. Analytical predictions of seasonal variations in flexible pavements: Minnesota road research project site
Latvala et al. Water content variation of railway track sub-ballast layer in seasonal frost area: A case study from Finland
Collop et al. Assessing variability of in situ pavement material stiffness moduli
Schulz-Poblete et al. Installation of a low-cost unsaturated soil monitoring system in Howick, South Africa
Kolisoja et al. Integrated monitoring of seasonal variations and structural responses to enable intelligent asset management of road infrastructures
Ankit et al. Effect of environmental factors on flexible pavement performance modeling
Kestler et al. Evaluating moisture sensors and monitoring seasonal moisture variation in low-volume roads
Koa Calibration and development of a numerical method for frost protection
Liu et al. Rainfall infiltration, drainage, and load-carrying capacity of pavements
Basit Impact of Climate Change on Thermal Behavior of Pavement Structures in Ontario
Naqvi et al. Development, Construction, and Instrumentation of Pilot Freeze–Thaw Resistant Granular Roadways Test Cells
Vandoorne et al. Long-Term In-Situ Measurement of Soil Suction in Railway Foundation Materials
Miller et al. Modification of the US Army Corps of Engineers Model 158 for prediction of frost–thaw profiles in northern New England
Likar et al. Experiences from in-situ monitoring of pavement under weather conditions change