Развитие транспортной инфраструктуры связано с освоением новых территорий и строительством сооружений, основанием которых нередко являются  крупнообломочные грунты с различными видами заполнителя. Высокие показатели прочностных свойств этих грунтов способствуют широкому применению их в качестве оснований для многих объектов капитального строительства. Межобломочное пространство таких грунтов может содержать пучиноопасный заполнитель, в этом случае все основание подвергается неравномерным деформациям. Эксплуатация многих объектов капитального строительства, возведенных на крупнообломочных грунтах с заполнителем, доказала на практике, что они могут испытывать недопустимые деформации морозного пучения при сезонном промерзании. Цель настоящей работы — определить влияние условий промерзания на величину деформации морозного пучения крупнообломочных грунтов с заполнителем для прогноза их пучиноопасности. Для этого использовались экспериментальные (различные полевые и лабораторные) методы определения степени пучинистости крупнообломочных грунтов с различными видами заполнителя, а также методы математической и статистической обработки полученных данных. В настоящей статье приведены результаты многолетних полевых и лабораторных исследований. Получена математическая зависимость, позволяющая оценить пучиноопасность крупнообломочных грунтов с любым содержанием заполнителя при различных условиях промерзания. Представлена статистическая модель, предназначенная для определения пучиноопасности крупнообломочных грунтов с разным содержанием различных видов заполнителя в зависимости от скорости промерзания. Своевременный прогноз возможной величины деформации морозного пучения при сезонном промерзании позволяет предусмотреть необходимые проектные решения для предотвращения чрезмерных деформаций транспортных сооружений и других объектов капитального строительства.

1. Авакян Л.А., 1957. Вопросы методики исследования физико-технических свойств крупнообломочных грунтов на основе опыта ТНИСГЭИ. Труды совещания по инженерно-геологическим свойствам горных пород и методам их изучения, Том II, Москва, 1957, с. 245–249.
2. Баландин О.А., Пешков Н.В., Соколова О.В., Соколова В.С., 2021. К вопросу о типизации крупнообломочных грунтов с различными видами заполнителя по степени пучинистости на основе их гранулометрического состава. Инженерная геология,
Том ХVI, № 4, с. 20–31, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2021-16-4-20-31.
3. Баландин О.А., Пешков Н.В., Соколова О.В., Соколова В.С., 2022. Оценка пучинистости крупнообломочных грунтов с суглинистым заполнителем (Забайкальский край). Вестник Северо-Восточного научного центра ДВО РАН, № 3, с. 56–62, https://doi.org/10.34078/1814-0998-2022-3-56-62.
4. Ван С., Колос А.Ф, Петряев А.В., 2022. Математическое моделирование процесса промерзания грунтов земляного полотна железных дорог в условиях холодного климата. Известия Петербургского университета путей сообщения, Том 19, Вып. 4,
с. 820–831, https://doi.org/10.20295/1815-588X-2022-4-820-831.
5. Ершов Э.Д. (ред.), 1985. Деформации и напряжения в промерзаюцих и оттаивающих породах. Изд-во Московского университета, Москва.
6. Костина О.В., Бочкарева Т.М., 2020. Исследование характера работы сваи с поворотными анкерами при работе в массиве пучинистых грунтов. Construction and Geotechnics, Том 11, № 4, с. 46–57, https://doi.org/10.15593/2224-9826/2020.4.04.
7. Лысенко М.П., 1980. Состав и физико-механические свойства грунтов. Недра, Москва.
8. Орлов В.О., Дубнов Ю.Д., Меренков Н.Д., 1977. Пучение промерзающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений. Стройиздат, Ленинград.
9. Соколова О.В., Соколова В.С., 2017. К вопросу о природе и основных закономерностях развития морозного пучения в крупнообломочных грунтах. Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов, Материалы XVII Международной научно-практической конференции, Том 4, Часть 1, Чита, 2017, с. 111–114.
10. Соколова О.В., Соколова В.С., 2020. Исследование пучинистых свойств крупнообломочных грунтов. В кн. под ред. И.Б. Черемисина, Современные технологии в мировом научном пространстве: методы, модели, прогнозы. Новая наука, Петрозаводск, с. 241–257.
11. Соколова О.В., Чечель М.В., 2012. Особенности обследования зданий городской застройки. Технические науки — от теории к практике, № 7–2, с. 92–95.
12. Третьякова О.В., 2020. Повреждения мостов от морозного пучения грунта и методы их предотвращения. Транспорт. Транспортные сооружения. Экология, № 2, с. 70–78, https://doi.org/10.15593/24111678/2020.02.08.
13. Фельдман Г.М., 1988. Передвижение влаги в талых и промерзающих грунтах, под ред. П.И. Мельникова. Наука, Новосибирск.
14. Чжан Р.В., Великин С.А., Кузнецов Г.И., Крук Н.В., 2019. Грунтовые плотины в криолитозоне России,
под ред. Д.М. Шестернева. Гео, Новосибирск, https://doi.org/10.21782/B978-5-6043021-1-8.
15. Швец В.Б., 1964. Элювиальные грунты как основания сооружений. Стройиздат, Москва.
16. Шестаков И.В., 2016. Исследование температурного режима пучинистых грунтов южных районов Дальнего Востока. Фундаментальные исследования, Том 2, № 11, с. 328–332.
17. Шестернев Д.Д., 2007. Оценка пучиноопасности сезонно-промерзающих и сезонно-оттаивающих грунтов в условиях деградации многолетнемерзлых пород: на примере Читино-Ингодинской впадины. Дис. … канд. геол.-мин. наук,
МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва.
18. Шестернев Д.М., 2001. Установление динамики и закономерностей изменения пучения промерзающих массивов крупнообломочных горных пород. В кн. под ред. Г.В. Секисова, Криогипергенез и геотехнические свойства пород криолитозоны. Изд-во СО РАН, Новосибирск.
19. Шестернeв Д.М., Соколова В.С., Eлгина А.И., 2016. Влияние скорости промерзания на пучение пород различного состава, строения и свойств. Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов, Материалы XVI Международной научнo-практической конференции, Том 3, Чита, 2016, с. 191–195.
20. Шестернев Д.М., Шестернев Д.Д., 2007. Пучение крупнообломочных пород Читино-Ингодинской впадины в связи с потеплением климата. Криосфера Земли, Том XI, № 4, с. 80–92.
21. Aguirre-Puente J., Frémond M., Comini G., 1978. Congélation des sols-étude physique et modèles mathématiques. International Journal of Refrigeration, Vol. 1, No. 2, pp. 99–107.
22. Gao J., Lai Y., Zhang M., Feng Z., 2018. Experimental study on the water-heat-vapor behavior in a freezing coarse-grained soil. Applied Thermal Engineering. No. 128, pp. 956–965, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.09.080.
23. Henry K.S., 2000. A review of the thermodynamics of frost heave. US Army Corps of Engineers, Washington, DC, USA.
URL: https://www.researchgate.net/profile/Karen-Henry-5/publication/235050520_A_Review_of_the_Thermodynamics_of_Frost_Heave/links/55d2fe4608aec1b0429f128c/A-Review-of-the-Thermodynamics-of-Frost-Heave.pdf (дата обращения: 15.11.2022).
24. Lai Y.M., Zhang S.M., Yu W.B., 2012. A new structure to control frost boiling and frost heave of embankments in cold regions. Cold Regions Science and Technology, Vol. 79–80(1), pp. 53–66, https://doi.org/10.1016/10.1016/j.coldregions.2012.04.002.
25. Long X., Cen G., Cai L., Chen Y., 2018. Experimental research on frost heave characteristics of gravel soil and multifactor regression prediction. Advances in Materials Science and Engineering, Vol. 2018, ID 5682619, https://doi.org/10.1155/2018/5682619.
26. Park J., Santamarina J.C., 2017. Revised soil classification system for coarse-fine mixtures. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 143, Issue 8, ID 04017039, https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001705.
27. Rempel A.W., 2007. Formation of ice lenses and frost heave. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, Vol. 112, Issue F2,
ID 525, https://doi.org/10.1029/2006JF000525.
28. Santamarina J.C., Park J., Terzariol M., Cardona A., Castro G.M., Cha W., Garcia A., Hakiki F., Lyu C., Salva M., Shen Y., Sun Z., Chong S.-H., 2019. Soil properties: physics inspired, data driven. In N. Lu, J. Mitchell (eds), Geotechnical fundamentals for addressing new world challenges. Springer, Cham, Switzerland, pp. 67–91, http://doi.org/10.1007/978-3-030-06249-1_3.
29. Smith M.W., Patterson D.E., 1989. Detailed observations on the nature of frost rate at a field scale. Canadian Geotechnical Journal, Vol. 26, No. 2, pp. 306–312, https://doi.org/10.1139/t89-039.
30. Vinson S., Ahmad F., Rieke R., 1986. Factors important to the development of frost heave susceptibly criteria for coarse-grained soils. Transportation Research Record, Vol. N1089, pp. 124–131, https://trid.trb.org/view/283836 (дата обращения: 15.11.2022).
31. Zhang S., Korolev V., Zhang Z., Melnikov A., Liu Y., Dong T., 2022. Modeling the effect of mineral particles of mixture of sandy soil on its physical-mechanical properties based on the triangular nomogram. Minerals, Vol. 12, No. 2, ID 135, https://doi.org/10.3390/min12020135.

СОКОЛОВА О.В.*
Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Россия, sokolova.olga1963@mail.ru
Адрес: ул. Чернышевского, д. 15, г. Иркутск, 664074, Россия
СОКОЛОВА В.С.
Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Россия, sokolova.vera1991@mail.ru

The development of transport infrastructure is associated with reclaiming of new territories and construction of structures, the basis of which is often coarse soils with various types of aggregates. The high property values of these soils contribute to their widespread use as bases for many capital construction projects. The interfragmental space of such soils may contain a heaving-hazardous aggregate, in which case the entire base is subjected to uneven deformations. The operation of many capital construction projects erected on coarse soils with aggregates has proved in practice that they can experience unacceptable frost heaving deformations during seasonal freezing. The purpose of the work is to determine the influence of the freezing conditions on the degree magnitude of frost heaving deformation of coarse soils with various types of aggregate to forecast their frost heaving. For this, experimental (various field and laboratory) methods were used to determine the degree of heaving of coarse soils with various types of aggregates, as well as methods of mathematical modeling and analysis to process the data obtained. This article presents the results of long-term research. A mathematical dependence has been obtained that makes it possible to assess the heaving hazard of coarse soils with any aggregates content under various freezing conditions. The presented statistical model is designed to determine the heaving hazard of coarse soils with different contents of various types of aggregates depending on their freezing rate. A timely forecast of the possible degree of frost heaving deformation during seasonal freezing makes it possible to provide the necessary design solutions to prevent excessive deformations of transport structures and other capital construction objects.

1. Avakyan L.A., 1957. On the methodology for studying the physical and technical properties of coarse soils based on the experience of Tbilisi Scientific Research Construction Hydropower Institute. Transactions of the Meeting on the engineering-geological properties of rocks and methods for their study, Vol. II, Moscow, 1957, pp. 245–249. (in Russian)
2. Balandin O.A., Peshkov N.V., Sokolova O.V., Sokolova V.S., 2021. On the typification of coarse soils with different types of aggregate according to the heaving degree based on their grain-size distribution. Engineering Geology World, Vol. XVI, No. 4, pp. 20–31, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2021-16-4-20-31. (in Russian)
3. Balandin O.A., Peshkov N.V., Sokolova O.V., Sokolova V.S., 2022. Assessment of heaviness of coarse soils with sand-clay aggregate (Zabaykalsky Krai). Bulletin of the North-East Scientific Center, Russia Academy of Sciences Far East Branch, No. 3, pp. 56–62, https://doi.org/10.34078/1814-0998-2022-3-56-62. (in Russian)
4. Wang X., Kolos A.F., Petriaev A.V., 2022. Mathematical modeling of the process of soil freezing of railway subgrade in cold climate conditions. Proceedings of Petersburg Transport University, Vol. 19, No. 4, pp. 820–831, https://doi.org/10.20295/1815-588X-2022-4-820-831. (in Russian)
5. Ershov E.D. (ed.), 1985. Deformations and stresses in frozen and thawing rocks. Publishing house of the Moscow University, Moscow. (in Russian)
6. Kostina O.V., Bochkareva T.M., 2020. Study of the nature of the work of piles with rotary anchors when working in an array of heaving soils. Construction and Geotechnics, Vol. 11, No. 4, pp. 46–57, https://doi.org/10.15593/2224-9826/2020.4.04. (in Russian)
7. Lysenko M.P., 1980. Composition and physical and mechanical properties of soils. Nedra, Moscow. (in Russian)
8. Orlov V.O., Dubnov Yu.D., Merenkov N.D., 1977. Heaving of freezing soils and its effect on the foundations of structures. Stroyizdat, Leningrad. (in Russian)
9. Sokolova O.V., Sokolova V.S., 2017. To the question of the nature and main regularities of the development of frost heaving in coarsegrained soils. Kulagin readings: technique and technology of production processes, Materials of the XVII International scientific and practical Conference, Vol. 4, Part 1, Chita, 2017, pp. 111–114. (in Russian)
10. Sokolova O.V., Sokolova V.S., 2020. Study of heaving properties of coarse soils. In I.B. Cheremisin (ed.), Modern technologies in the
world scientific space: methods, models, and forecasts. Novaya Nauka, Petrozavodsk, pp. 241–257. (in Russian)
11. Sokolova O.V., Chechel M.V., 2012. Features of the survey of urban buildings. Tekhnicheskiye Nauki — ot Teorii k Praktike, No. 7–2, pp. 92–95. (in Russian)
12. Tretiakova O.V., 2020. Damage to bridges from frost heaving and methods for its prevention. Transport. Transport Facilities. Ecology, No. 2, pp. 70–78, https://doi.org/10.15593/24111678/2020.02.08. (in Russian)
13. Feldman G.M., 1988. Movement of moisture in thawed and freezing soils, in P.I. Melnikov (ed.). Nauka, Novosibirsk. (in Russian)
14. Zhang R.V., Velikin S.A., Kuznetsov G.I., Kruk N.V., 2019. Embankment dams in the Russian permafrost zone, in D.M. Shesternev (ed.). Geo, Novosibirsk. (in Russian)
15. Shvets V.B., 1964. Residual soils as the bases of constructions. Stroyizdat, Moscow. (in Russian)
16. Shestakov I.V., 2016. Temperature regime around the pipe with insulation in heaving soils southern district of the Far Eastern. Fundamental Research, Vol. 2, No. 11, pp. 328–332. (in Russian)
17. Shesternev D.D., 2007. Assessment of the heaving hazard of seasonally freezing and seasonally thawing soils under conditions of degradation of permafrost: a case study of the Chita-Ingoda depression. PhD Thesis, Lomonosov Moscow State University, Moscow. (in Russian)
18. Shesternev D.M., 2001. Establishment of the dynamics and patterns of changes in heaving of freezing massifs of coarse rocks.
In G.V. Sekisov (ed.), Cryohypergenesis and geotechnical properties of cryolithozone rocks. Publishing house of the Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk. (in Russian)
19. Shesternev D.M., Sokolova V.S., Yolgina A.I., 2016. Effect of freezing rate on heaving of rocks of different composition, structure and properties. Kulagin readings: techniques and technologies of production processes, Proceedings of the XVI International scientific and practical Conference, Vol. 3, Chita, 2016, pp. 191–195. (in Russian)
20. Shesternev D.M., Shesternev D.D., 2007. Heaving of large-detrital rocks of the Chita-Ingoda depression in association with climate warming. Kriosfera Zemli, Vol. XI, No. 4, рр. 80–92 (in Russian)
21. Aguirre-Puente J., Frémond M., Comini G., 1978. Congélation des sols-étude physique et modèles mathématiques. International Journal of Refrigeration, Vol. 1, No. 2, pp. 99–107.
22. Gao J., Lai Y., Zhang M., Feng Z., 2018. Experimental study on the water-heat-vapor behavior in a freezing coarse-grained soil. Applied Thermal Engineering. No. 128, pp. 956–965, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.09.080.
23. Henry K.S., 2000. A review of the thermodynamics of frost heave. US Army Corps of Engineers, Washington, DC, USA.
URL: https://www.researchgate.net/profile/Karen-Henry-5/publication/235050520_A_Review_of_the_Thermodynamics_of_Frost_Heave/links/55d2fe4608aec1b0429f128c/A-Review-of-the-Thermodynamics-of-Frost-Heave.pdf (accessed: 15 November 2022).
24. Lai Y.M., Zhang S.M., Yu W.B., 2012. A new structure to control frost boiling and frost heave of embankments in cold regions. Cold Regions Science and Technology, Vol. 79–80(1), pp. 53–66, https://doi.org/10.1016/10.1016/j.coldregions.2012.04.002.
25. Long X., Cen G., Cai L., Chen Y., 2018. Experimental research on frost heave characteristics of gravel soil and multifactor regression prediction. Advances in Materials Science and Engineering, Vol. 2018, ID 5682619, https://doi.org/10.1155/2018/5682619.
26. Park J., Santamarina J.C., 2017. Revised soil classification system for coarse-fine mixtures. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 143, Issue 8, ID 04017039, https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001705.
27. Rempel A.W., 2007. Formation of ice lenses and frost heave. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, Vol. 112, Issue F2,
ID 525, https://doi.org/10.1029/2006JF000525.
28. Santamarina J.C., Park J., Terzariol M., Cardona A., Castro G.M., Cha W., Garcia A., Hakiki F., Lyu C., Salva M., Shen Y., Sun Z., Chong S.-H., 2019. Soil properties: physics inspired, data driven. In N. Lu, J. Mitchell (eds), Geotechnical fundamentals for addressing new world challenges. Springer, Cham, Switzerland, pp. 67–91, http://doi.org/10.1007/978-3-030-06249-1_3.
29. Smith M.W., Patterson D.E., 1989. Detailed observations on the nature of frost rate at a field scale. Canadian Geotechnical Journal, Vol. 26, No. 2, pp. 306–312, https://doi.org/10.1139/t89-039.
30. Vinson S., Ahmad F., Rieke R., 1986. Factors important to the development of frost heave susceptibly criteria for coarse-grained soils. Transportation Research Record, Vol. N1089, pp. 124–131, https://trid.trb.org/view/283836 (accessed: 15 November 2022).
31. Zhang S., Korolev V., Zhang Z., Melnikov A., Liu Y., Dong T., 2022. Modeling the effect of mineral particles of mixture of sandy soil on its physical-mechanical properties based on the triangular nomogram. Minerals, Vol. 12, No. 2, ID 135, https://doi.org/10.3390/min12020135.

OLGA V. SOKOLOVA*
Irkutsk State Transport University; Irkutsk, Russia; sokolova.olga1963@mail.ru
Address: Bld. 15, Chernyshevsky St., 664074, Irkutsk, Russia
VERA S. SOKOLOVA
Irkutsk State Transport University; Irkutsk, Russia; sokolova.vera1991@mail.ru