natureПриродопользованиеNature Management2079-3928Институт природопользования НАН Беларусиnature-133Research ArticleГЕОТЕХНОЛОГИИ. ДОБЫЧА, ПЕРЕРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХGEOTECHNOLOGY. EXTRACTION, PROCESSING AND THE USE OF SOLID FUEL MINERALSРазвитие положений физико-химической механики мерзлых дисперсных сред и горных породDevelopment of physical and chemical mechanics of frozen disperses media and rocksБровкаГ. П.BrovkaG. P.

Бровка Геннадий Петрович – доктор технических наук, доцент, главный научный сотрудник

ул. Ф. Скорины, 10, 220076, г. Минск

Gennady P. Brovka – D. Sc. (Technical), Associate Professor, Chief Scientific Associate

10, F. Skoriny Str., 220076, Minsk

brovka_gp@tut.byИнститут природопользования НАН БеларусиInstitute of Nature Management of the National Academy of Sciences of Belarus20230311202502118129Copyright © Бровка Г.П., 20252025Бровка Г.П.Brovka G.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nature-journal.by/jour/article/view/133

В статье приведены математические модели для расчета температуры и теплоты фазового перехода связанной воды в лед, а также потоков влаги и водорастворимых соединений под воздействием градиентов температуры, гидростатического давления и концентрации водорастворимых соединений в промерзающих дисперсных средах. Показано, что определяющим фактором прочности засоленных горных пород при отрицательных температурах является содержание соответствующего количества незамерзшей воды независимо от того, чем оно обусловлено: температурой, концентрацией солей в поровом растворе или их совместным влиянием. Приведены принципы использования равновесной термодинамики, термодинамики необратимых процессов и теории дальнодействующих поверхностных сил для расчетов формирования прочностных свойств мерзлых пород. 

The article presents mathematical models for calculating of the temperature and heat of the phase transition of bound water into ice, as well as the flow of moisture and water-soluble compounds under the influence of temperature gradients, hydrostatic pressure and the concentration of water-soluble compounds in freezing dispersed media.  It has been shown that the determining factor in the strength of saline rocks at negative temperatures is the content of the corresponding amount of unfrozen water, regardless of what causes it; temperature, salt concentration in the pore solution, or their combined influence. The principles of the use of equilibrium thermodynamics, the thermodynamics of irreversible processes and long-range surface forces for calculating of the formation of the strength properties of frozen rocks are presented.

физико-химическая механика мерзлых породфазовые переходы воды в ледморозное пучениепрочность мерзлых засоленных породphysical and chemical mechanics of frozen rocksphase transitions of water into icefrost heavingstrength of frozen saline rocksReferencesСавельев, Б. А. Физико-химическая механика мерзлых пород / Б. А. Савельев. – М. : Недра, 1989. – 211 с.Savelyev B. A. Fiziko-himicheskaya mekhanika merzlyh porod [Physical and chemical mechanics of frozen rocks]. Moscow, Nedra Publ.,1989, 211 p. (in Russian)Де Грот, С. Р. Неравновесная термодинамика / С. Р. Де Грот, П. Мазур. – М. Мир, 1966. – 456 с.De Groot S. R., Mazur P. Neravnovesnaya termodinamika [Nonequilibrium thermodynamics]. Moscow, Mir Publ., 1966, 456 p. (in Russian)Хаазе, Р. Термодинамика необратимых процессов / Р. Хаазе. – М. : Мир, 1967. – 554 с.Khaaze R. Termodinamika neobratimyh processov [Thermodynamics of irreversible processes]. Moscow, Mir Publ., 1967, 554 p. (in Russian)Дерягин, Б. В. Смачивающие пленки / Б. В. Дерягин, Н. В. Чураев. – М. : Наука, 1984. – 160 с.Deryagin B. V., Churayev N. V. Smachivayushchie plenki [Wetting films]. Moscow, Nauka Publ., 1984, 160 p. (in Russian)Дерягин, Б. В. Поверхностные силы / Б. В. Дерягин, Н. В. Чураев, В. М. Муллер. – М. : Наука, 1985. – 396 с.Deryagin B. V., Churayev N. V., Muller V. M. Poverhnostnye sily [Superficial forces]. Moscow, Nauka Publ., 1985, 396 p. (in Russian)Чураев, Н. В. Физикохимия процессов массопереноса в пористых телах / Н. В. Чураев – М. : Химия, 1990. – 272 с.Churaev N. V. Fizikohimiya processov massoperenosa v poristyh telah [Physico-chemical processes of massoprophenos in porous bodies]. Moscow, Khimiya Publ., 1990, 272 p. (in Russian)Дерягин, Б. В. Упругие свойства пен и тонких пленок / Б. В. Дерягин, Е. В. Обухов // Журн. физ. химии. – 1936. – Т. 7. – С. 207–214.Deryagin B. V., Obukhov E. V. Uprugie svojstva pen i tonkih plenok [Elastic properties of foam and thin films]. J. Physical Chemistry, 1936, vol. 7, pp. 207–214. (in Russian)Дерягин, Б. В. Свойства тонких слоев жидкостей и их влияние на взаимодействие твердых поверхностей / Б. В. Дерягин, М. М. Кусаков // Изв. АН СССР. Сер. хим. – 1936. – № 5. – С. 741–753.Deryagin B. B., Kusakov M. M. Svojstva tonkih sloev zhidkostej i ih vliyanie na vzaimodejstvie tverdyh poverhnostej [Properties of thin layers of liquids and their influence on the interaction of solid surfaces]. Izvestiya of the AS of USSR. Ser. khim., 1936, no. 5, pp. 741–753. (in Russian)Дерягин, Б. В. К вопросу об определении понятия и величины расклинивающего давления и его роли в статике и кинетике тонких слоев жидкостей / Б. В. Дерягин // Коллоид. журн. – 1955. – Т. 17, № 3. – С. 207–214.Deryagin B. V. K voprosu ob opredelenii ponyatiya i velichiny rasklinivayushchego davleniya i ego roli v statike i kinetike tonkih sloev zhidkostej [To the question of the definition of the concept and the value of the expanding pressure and its role in the statics and kinetics of thin layers of liquids]. J. Colloid, 1955, vol. 17, no. 3, pp. 207–214. (in Russian)Дерягин, Б. В. Смачивающие пленки / Б. В. Дерягин, Н. В. Чураев. – М. : Наука, 1984. – 160 с.Deryagin B. V., Churaev N. V. Smachivayushchie plenki [Wetting films]. Moscow, Nauka Publ., 1984, 160 p. (in Russian)Чураев, Н. В. Физикохимия процессов массопереноса в пористых телах / Н. В. Чураев. – М. : Химия, 1990. – 272 с.Churaev N. V. Fizikohimiya processov massoperenosa v poristyh telah [Physico-chemical processes of massoprophenos in porous bodies]. Moscow, Nauka Publ., 1990, 272 p. (in Russian)Вода в дисперсных системах / Б. В. Дерягин [и др.]. – М. : Химия, 1989. – 288 с.Deryagin B. V., Churaev N. V., F. D. Ovcharenko [et al.]. Voda v dispersnyh sistemah [Water in disperse systems]. Moscow, Nauka Publ., 1989, 288 p. (in Russian)Злочевская, Р. И. Электроповерхностные явления в глинистых породах / Р. И. Злочевская, В. А. Королев. – М. : Изд-во МГУ, 1988. – 177 с.Zlochevskaya R. I., Korolev V. A. Elektropoverhnostnye yavleniya v glinistyh porodah [Electrosurface phenomena in clay rocks]. Moscow, MSU Publ., 1988, 177 p. (in Russian)Тепло- и массоперенос в природных дисперсных системах при промерзании / Г. П. Бровка. – Минск : Наука и техника, 1991. – 191 с.Brovka G. P. Teplo- i massoperenos v prirodnyh dispersnyh sistemah pri promerzanii [Heat and mass transfer in natural disperse systems during freezing]. Minsk, Nauka i tekhnika, 1991, 191 p. (in Russian)Бровка, А. Г. Влияние концентрации соли в поровом растворе глины аргиллитоподобной на температуру начала замерзания и зависимость количества незамерзшей воды от температуры / А. Г. Бровка, Г. П. Бровка, И. В. Дедюля // Горная механика и машиностроение. – 2022. – № 1. – С. 14–23.Brovka A. G., Brovka G. P., Dedulia I. V. Vliyanie koncentracii soli v porovom rastvore gliny argillitopodobnoj na temperaturu nachala zamerzaniya i zavisimost' kolichestva nezamerzshej vody ot temperatury [Influence of salt concentration in pore mud argillite-like clay on the temperature of the beginning of freezing and dependence of the amount of frozen water on the temperature]. Mining Mechanics and Engineering, 2022, no. 1, pp. 14–23. (in Russian)Бровка, Г. П. Взаимосвязанные процессы тепло- и массопереноса в природных дисперсных средах / Г. П. Бровка. – Минск : Беларуская навука, 2011. – 363 с.Brovka G. P. Vzaimosvyazannye processy teplo- i massoperenosa v prirodnyh dispersnyh sredah [Interconnected processes of heat and mass transfer in natural disperse media]. Minsk, Belaruskaya navuka, 2011, 363 p. (in Russian)Бровка, Г. П. Математические модели и методы экспериментального исследования для обеспечения моделирования процессов пучения и преобразования структуры при промерзании грунтов / Г. П. Бровка, К. А. Агутин, А. А. Мурашко // Инженерная геология. – 2021. – Т. 16, № 4.– С. 62–71.Brovka G. P., Agutin K. A., Murashko A. A. Matematicheskie modeli i metody eksperimental'nogo issledovaniya dlya obespecheniya mo-delirovaniya processov pucheniya i preobrazovaniya struktury pri promerzanii gruntov [Mathematical models and experimental research methods for permutation and structural transformation in soil freezing]. Engineering Geology, 2021, vol. 16, no. 4, pp. 62–71. (in Russian)Бровка, А. Г. Зависимость прочностных характеристик глины аргиллитоподобной от количества незамерзшей воды / А. Г. Бровка, И. В. Дедюля, А. А. Мурашко // Природопользование. – 2021. – № 2. – С. 96–105.Brovka A. G., Dedulia I. V., Murashko A. A. Zavisimost' prochnostnyh harakteristik gliny argillitopodobnoj ot kolichestva nezamerzshej vody [Dependence of strength characteristics of argillite-like clay on the amount of non-vile water]. Nature Management, 2021, no. 2, pp. 96–105. (in Russian)Бровка, Г. П. Сопротивление сдвигу мерзлых засоленных грунтов / Г. П. Бровка, И. И. Романенко // Изв. вузов. Горный журн. – 1989. – № 4. – С. 30–33.Brovka G. P., Romanenko I. I. Soprotivlenie sdvigu merzlyh zasolennyh gruntov [Resistance to displacement of frozen saline soils]. Izvestiya Vuzov. Gornyj zhurnal = News of Universities. J. Mining, 1989, no. 4, pp. 30–33. (in Russian)Бровка, Г. П. Расчеты температурного режима и энергетических затрат при формировании ледопородных ограждений для проходки шахтных стволов / Г. П. Бровка [и др.] // Инженерная геология. – 2021. – Т. 16, № 1.– С. 74–84.Brovka G. P., Muchko M. V., Agutin K. A., Lipnickij N. A. Raschety temperaturnogo rezhima i energeticheskih zatrat pri formirovanii ledoporodnyh ograzhdenij dlya prohodki shahtnyh stvolov [Calculations of temperature and energy costs in the formation of ice-propelled fences for mining shafts]. Engineering Geology, 2021, vol. 16, no. 1, pp. 74–84. (in Russian)

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