Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Предметом настоящего фундаментально-прикладного исследования является установление закономерностей акустической эмиссии в мерзлых грунтах, позволяющих создать способы контроля (мониторинга) их устойчивости под действием переменных температурных полей и квазистатических механических нагрузок от расположенных на этих основаниях инженерных объектов различного назначения. Прикладная значимость таких способов – повышение скорости и снижение трудоемкости инженерно-геологических изысканий в северных регионах России, осуществляемых с целью прогноза потери устойчивости оснований зданий и сооружений для обеспечения их безопасной эксплуатации. Исследованы проявления акустической эмиссии (далее - АЭ) в мерзлых грунтах при различных режимах их параллельного отогрева и механического нагружения. Указанные режимы подобраны таким образом, чтобы соответствовать условиям проведения натурных мониторинговых измерений на участке циклически растепляемого грунтового основания. Представлены характеристики и конструктивное исполнение необходимого для выполнения этих исследований аппаратурного измерительного комплекса. С использованием этого комплекса экспериментально определен состав информативных параметров АЭ и обоснованы новые подходы к обработке первичной измерительной информации, позволяющие получить акустикоэмиссионные закономерности, более чувствительные к изменениям устойчивости грунтового материала при колебаниях температур окружающей среды и одновременном действии квазистатической механической нагрузки. Изучены термоакустоэмиссионные эффекты, возникающие при многократном чередовании циклов заморозки и оттаивания грунта в ходе развития его деформированного состояния, начиная с фазы нормального уплотнения и вплоть до финальной стадии разрушение (фазы выпирания) согласно классификации проф. Н.М. Герсеванова. Установлено влияние на указанные закономерности таких потенциально осложняющих интерпретацию измерительной информации (помеховых) факторов как неоднородность компонентного и гранулометрического состава грунтов, различия в их влагосодержании и засоленности. Предложен возможный вариант построения термоакустоэмиссионного способа геоконтроля, обеспечивающего повышение точности определения по методу АЭ переходов между фазами нормального уплотнения и сдвигов грунтового материала. Тем самым достигается повышение достоверности прогноза опасности возникновения в грунтах опасных деструктивных процессов и потери ими стабильности. Для подтверждения полученных по методу АЭ результатов выполнены сравнительные испытания методами статического зондирования индентором и прозвучивания в ультразвуковом диапазоне частот. При этом проведённые экспериментальные исследования свидетельствуют о более высокой, по сравнению с методами индентирования и ультразвукового прозвучивания, чувствительности метода термостимулированной акустической эмиссии к изменениям напряженно-деформированного состояния мерзлых и талых грунтов при их термомеханическом нагружении.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Исследованы проявления акустической эмиссии (АЭ) в различных криогенных грунтах в ходе их замораживания и оттаивания при одновременном циклическом действии квазистатических механических нагрузок. Показан состав и характеристики разработанного аппаратурного комплекса. Представлена конструкция входящей в него измерительной установки. Обоснованы информативные параметры АЭ и подходы к обработке первичной измерительной информации, позволяющие получить акустико-эмиссионные закономерности, чувствительные к изменениям устойчивости грунтового материала при переменных термобарических условиях. Установлено влияние на указанные закономерности ряда потенциально осложняющих интерпретацию измерительной информации (помеховых) факторов. Обоснованы новые численные акустико-эмиссионные показатели, позволяющие судить о эволюции деформированного состояния грунта с существенно неоднородным распределением параметров структуры и свойств. Установлено, что указанные критерии могут быть использованы для идентификации предвестников перехода грунтового материала на стадию сдвигов согласно классификации проф. Н.М. Герсеванова. Для подтверждения полученных методом АЭ результатов выполнены сравнительные испытания методами статического индентирования и ультразвукового прозвучивания. Выполнен цикл исследований, направленных на экспериментальную проверку наличия акустико-эмиссионных эффектов памяти (термомеханических аналогов эффектов Кайзера и Фелисити) у почвенных грунтов, находящихся в условиях чередования положительных и отрицательных температур и одновременно пребывающих на различных стадиях деформированного состояния. Эксперименты заключались в регистрации параметров акустической эмиссии проб грунтов вариативного состава и степени промерзания в ходе их многократного циклического термомеханического нагружения, чередующегося со стадиями полной релаксации созданных в грунтах напряжений. Такое нагружение предполагало быстрый отогрев предварительно промороженной пробы при одновременном воздействии на нее внешней квазистатической механической нагрузки и внутренних напряжений от эффекта морозного пучения. С учетом полученных в ходе опытов закономерностей проанализирована информативность основных известных подходов к выявлению акустико-эмиссионных эффектов памяти в ледопородной матрице. Установлено наличие акустико-эмиссионного эффекта, который можно рассматривать в качестве некоего специфического, характерного для рыхлых криогенных грунтов аналога эффекта памяти (эффекта Фелисити). Суть выявленного эффекта состоит в существовании при циклическом термомеханическом нагружении мерзлых обводненных грунтов взаимосвязи между изменением соотношения определенного набора параметров акустической эмиссии в разных циклах нагружения с одной стороны и интенсивности развития деформированного состояния, имевшего место в грунте между этими циклами – с другой. В отличие от классических эффектов памяти, здесь объект контроля сохраняет информацию не о величине максимальной ранее испытанной нагрузки, а о скорости нарастания вызванных этой нагрузкой структурных изменений. Другими словами, обнаруженный эффект характеризует динамику устойчивости грунтового материала под действием нагрузки, но не привязан к ее абсолютной величине, а так же как и эффект Фелисити, возникает до формирования в объекте контроля максимальных напряжений предшествующего цикла нагружения. Данный эффект также был отмечен при механическом нагружении полностью мерзлого грунта, не подвергавшегося отогреву в ходе эксперимента. Однако полученный в этом случае акустико-эмиссионный отклик был крайне слаб и поэтому очень чувствителен к влиянию акустических помех. Из этого следует обязательность дополнительной термической стимуляции акустической эмиссии в объекте контроля с целью получения более представительного потока информативных акустических событий. Для численного выражения вышеописанного эффекта памяти разработаны и обоснованы критерий L оценки структурной устойчивости грунта к действию нагрузки и критерий R'm, характеризующий, изменение зафиксированной в момент наблюдения меры стабильности грунтового материала относительно его исходного состояния. Показана принципиальная возможность применения функции R'm (L) для оценки изменения структурной устойчивости грунтового материала и уточнения истории изменения его напряженного состояния. Обоснована применимость разработанных методических подходов для адаптации предлагаемого метода термостимулированной акустической эмиссии к решению задачи натурного контроля напряженно-деформированного состояния массивов криогенных грунтов как в мерзлом, так и полностью или частично талом состоянии. Проведенные эксперименты подтверждают, что масштабный фактор, неоднородность пространственного распределения гранулометрического и вещественного состава у обследуемого грунта, а также его различия по степени обводненности и засоленности не снижают достоверность получаемой по предлагаемому методу измерительной информации. Кроме того, на первом этапе проекта выполнены сравнительные испытания проб при прогреве до 95 оС и 180 оС. Полученные результаты подтвердили отсутствие принципиальных различий в характере информативного термостимулированного акустико-эмиссионного отклика, полученного при разогреве грунтов до разных температур. Также как незначительное охарактеризовано влияние процесса испарения влаги и парообразования на реализацию и характер используемых для контроля состояния грунтов термоакустоэмиссионных эффектов. Поэтому при выполнении контроля по предлагаемому методу нет необходимости в обеспечении идеальных условий термического нагружения.