В статье рассмотрены особенности эколого-геологических систем (ЭГС) железнодорожных транспортно-коммуникационных комплексов Белоруссии. Несмотря на ключевую роль этих систем в транспортной инфраструктуре страны и значительные площади их распространения, они до сих пор остаются практически неизученными, об их абиотических и биотических компонентах имеются лишь фрагментарные разрозненные сведения.

На основе ранее разработанной авторами классификации природных и техногенных ЭГС территории Республики Беларусь, а также систематики эколого-геологических систем транспортно-коммуникационных комплексов в настоящей статье предпринята попытка составить общую характеристику ЭГС железнодорожных комплексов в пределах этой страны, выявить и охарактеризовать особенности их абиотических (литотопа, гидротопа, атмотопа), биокосных (эдафотопа) и биотических (микробоценоза, фитоценоза, зооценоза и социума) компонентов.

Выявленные закономерности и особенности эколого-геологических систем железнодорожных транспортно-коммуникационных комплексов Белоруссии можно рассматривать как общие для аналогичных ЭГС России, которые необходимо учитывать при инженерно-экологических изысканиях и исследованиях.

В настоящее время в строительной отрасли активно внедряется цифровизация, в том числе создание цифровых двойников инженерных объектов. Мониторинг сооружений и грунтовых оснований позволяет обновлять их цифровые модели по реальным данным. Однако традиционные методы измерения деформаций с использованием геодезических марок не дают полной картины и сопряжены с рядом трудностей.

В представленной статье рассматриваются основы организации геотехнического мониторинга земляного полотна транспортных сооружений на слабых грунтовых основаниях с применением нового подхода к инклинометрическим измерениям осадок и горизонтальных смещений. Этот подход позволяет более эффективно анализировать картину деформаций основания и насыпи. Указаны его организационные и технические особенности, а также экономическая целесообразность.

Совместное рассмотрение принципа Ле-Шателье – Брауна, теории линейных необратимых процессов и теории диссипативных структур охватывает весь диапазон возможных состояний термодинамических систем. Принцип Ле-Шателье – Брауна выполняется при малом отклонении от равновесия (обобщенные силы равны нулю). В линейно-необратимых процессах обобщенные силы остаются достаточно слабыми. В противоположность этому диссипативные структуры возникают и поддерживаются благодаря обмену энергией и веществом с внешней средой в условиях, далёких от равновесия. В настоящей работе излагаются некоторые положения современной термодинамики с целью дальнейшего анализа известных явлений и предотвращения неправильного толкования и применения теории. Основные положения этой теории были разработаны применительно к химии. Однако они имеют более широкое значение и могут применяться в других разделах науки, в частности, в гидроаэродинамике и теплофизике. Ниже приводится доказательство принципа Ле Шателье – Брауна в редакции автора. Даются краткие сведения о ламинарных (линейно неравновесных) и турбулентных (нелинейно неравновесных) потоках. Анализируется «хрестоматийный» пример диссипативных структур: ячейки Рэлея – Бенара. Обсуждается возможность использования термина «диссипативная структура» по отношению к грунтовым основаниям фундаментов (механика грунтов). Особое место занимает эксперимент Боттомли по прохождению проволочки с грузом через лёд. Выводы из этого эксперимента имеют большое значение для механики мёрзлых грунтов. В статье показано, как распределяется энергия (тепловая и механическая) в каждом из рассмотренных примеров.

В статье представлен комплексный подход к оценке карстовой опасности с использованием геоинформационных систем (ГИС) и данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Этот подход позволяет быстро и достоверно оценивать карстовую опасность вдоль проектируемых линейных сооружений на примере Пивоваровского карстового участка во Владимирской области России. Существенным методическим вкладом в решение подобных задач является разработка специализированного инструмента на языке программирования Python для автоматизированного морфометрического анализа карстовых форм, включающего оценку их размеров и ориентации. Данный подход является эффективным решением частных вопросов оценки карстовой опасности, поскольку позволяет быстро обрабатывать большие объемы данных и получать высококачественные результаты, которые могут быть использованы при принятии проектных решений.

В статье рассмотрена проблематика цифрового обмена инженерно-геологическими данными в условиях перехода строительной отрасли к технологиям информационного моделирования. Показано, что действующая практика представления результатов инженерно-геологических изысканий и специальных инженерно-геологических (геотехнических) исследований остается фрагментированной и преимущественно основана на табличных, CAD- и закрытых программно-зависимых форматах, что затрудняет автоматизированное использование данных в расчетных комплексах, ГИС и цифровых информационных моделях объектов капитального строительства (ЦИМ ОКС).

Выполнен сравнительный анализ основных групп обменных форматов, применимых для передачи инженерно-геологической и геопространственной информации (XML, JSON, GML, AGS, DIGGS, GeoSciML, Geo3DML, ГИС- CAD-, IFC 4.3) по критериям машиночитаемости, поддержки 3D-геометрии, семантической полноты, передачи фактических данных и метаданных, открытости спецификации и пригодности для интеграции в ЦИМ ОКС.

Установлено, что ни один из рассмотренных форматов не обеспечивает в полной мере комплексную цифровую передачу инженерно-геологической информации на всех этапах ее формирования – от анализа фондовых материалов и обработки полевых и лабораторных данных до построения верифицированной трехмерной инженерно-геологической модели, отвечающей геологическим закономерностям, принципам типизации грунтовых массивов и требованиям нормативных документов. Отдельной проблемой остается передача атрибутивных характеристик грунтов и метаданных с сохранением прослеживаемой связи между фактическими результатами изысканий, их интерпретацией и трехмерной моделью.

Обоснована необходимость перехода от разрозненного файлового обмена к многоуровневой архитектуре управления инженерно-геологическими данными, обеспечивающей хранение верифицируемых фактических данных, формирование интерпретированной модели, передачу параметров и расчетных характеристик грунтов в специализированные комплексы, интеграцию информации в ЦИМ ОКС и подготовку цифровых материалов для государственной и негосударственной экспертизы.

Предлагаем вниманию читателей немного сокращенный адаптированный перевод обзорной статьи «Необходимо свести к нулю выбросы парниковых газов при сжигании ископаемых углеводородов, чтобы защитить экосистемы криолитозоны» (Abbott et al., 2022). Она была подготовлена большой международной группой исследователей и опубликована в рецензируемом журнале Frontiers in Environmental Science («Передовые рубежи наук об окружающей среде»), который выпускается швейцарским издательством Frontiers Media SA. Данная работа находится в открытом доступе на сайте указанного издательства (frontiersin.org) по лицензии CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая позволяет распространять, переводить, адаптировать и дополнять статью при условии указания типов изменений и ссылки на первоисточник. В нашем случае полная ссылка на источник для представленного перевода (Abbott et al., 2022) приведена в конце.

Изменения климата представляют собой экзистенциальную угрозу для многолетней мерзлоты, широко распространенной по всему миру. Разнообразные человеческие сообщества, экологические системы и биогеохимические циклы этой десятой части планеты зависят от сохранения мерзлого состояния грунтов. Сложность, масштабность и удаленность экосистем криолитозоны затрудняют понимание того, насколько быстро происходят изменения и какие меры могут быть приняты в этом отношении. В данной работе мы обобщаем информацию о трансформациях на суше и в акваториях этой зоны с учетом их значения для глобальной политики.

Хотя многие вопросы остаются открытыми, уже известно, что продолжение сжигания ископаемого топлива несовместимо с дальнейшим существованием криолитозоны в ее нынешнем виде. Если мы не сумеем защитить ее экосистемы, то последствия для прав и возможностей человека, целостности биосферы и глобального климата будут крайне серьезными. Политические выводы очевидны: чем быстрее мы сократим антропогенные выбросы и снизим концентрацию углекислого газа в атмосфере, тем бОльшую часть многолетней мерзлоты сможем сохранить. Целевые показатели по сокращению выбросов должны быть пересмотрены в сторону ужесточения и должны сопровождаться мерами по поддержке местного населения в целях защиты нетронутых экосистем и природных поглотителей углерода в криолитозоне.

Некоторые предлагаемые геоинженерные меры, такие как создание солнцезащитных экранов, изменение альбедо поверхности и манипуляции с растительностью, остаются непроверенными и могут усугублять экологическую несправедливость для сообществ, проживающих в этой зоне, не обеспечивая при этом долгосрочной защиты многолетнемерзлых пород. В то же время поразительные успехи в области возобновляемой энергетики (возобновляемых источников энергии) открыли реальные возможности сокращения антропогенных выбросов парниковых газов вдвое к 2030 году и их практически полного прекращения задолго до 2050 года.

Авторы статьи призывают лидеров, корпорации, исследователей и граждан всего мира признать глобальную значимость криолитозоны и работать над восстановлением климата и расширением прав и возможностей сообществ коренных народов и мигрантов в регионах распространения многолетней мерзлоты.

Полный список авторов: 

Эбботт Б.У., Браун М., Кэри Дж.К., Эрнакович Дж., Фредерик Дж.М., Го Л., Хугелиус Г., Ли Р.М., Лоранти М.М., Макдональд Р., Манн П.Дж., Натали С.М., Олефельдт Д., Пирсон П., Рек А., Робардс М., Сэлмон В.Г., Сайеди С.С., Шедель К., Шуур Э.А.Г., Шакил С., Шогрен А.Дж., Штраусс Й., Танк С.Э., Торнтон Б.Ф., Трехарн Р., Турецки М., Фойгт К., Райт Н., Ян Ю., Зарнецке Дж.П., Чжан Ц., Золкос С.

В 2016 году в международном рецензируемом научном журнале Civil and Environmental Engineering («Гражданское строительство и инженерная защита окружающей среды») была опубликована статья словацких геотехников «Роль геотехнического мониторинга при проектировании фундаментов и верификации принятых решений. Часть 1» (Drusa et al., 2016). Вызывает интерес то, что в 2021 году вышло продолжение этого исследования – часть 2. Временной разрыв в 5 лет между этими двумя публикациями объясняется тем, что они имели разные цели и рассматривали поведение одного и того же объекта (торгово-развлекательного центра «Аупарк» в словацком городе Жилина) на разных этапах его жизненного цикла. Если в первой части авторы описывали инженерно-геологические условия площадки и сравнивали расчетные осадки с результатами геодезических измерений в период строительства (до завершения строительства каркаса здания), то во второй части акцент сместился на анализ надежности принятых проектных решений путем сопоставления результатов компьютерного моделирования с фактическим поведением здания уже под эксплуатационной нагрузкой. Пауза была необходима для накопления данных долгосрочного мониторинга и применения новых расчетных технологий для верификации проекта. Сегодня представляем немного сокращенный и адаптированный перевод первой части данной работы, которая находится в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0 (в ближайшем будущем мы опубликуем перевод и второй части). Полная ссылка на источник для перевода (Drusa et al., 2016) приведена в конце.

В течение долгого времени проектирование квадратных фундаментов не считалось проблематичным. Фундаменты проектируются на основе определения несущей способности грунтового основания, неточности в определении которой зачастую влияют на эффективность (экономичность) проектного решения, а ее возможные нарушения встречаются редко. Более важным фактором являются конечные деформации, относящиеся ко второй группе предельных состояний: осадка, относительная осадка, крен, чрезмерная деформация.

Сегодняшняя тенденция к снижению затрат на получение необходимых данных в ходе инженерных изысканий и на подготовку проектной документации во многих случаях приводит к неблагоприятным последствиям, таким как осадки и неравномерные осадки оснований объектов строительства. Проблема заключается в разнообразии аналитических методов оценки предельных состояний по второй группе предельных состояний (по эксплуатационной пригодности, по деформациям), применяемых в различных европейских странах, а также в недооценке рисков проектных решений.

Авторы статьи (Drusa et al., 2016) стремились показать, что наибольшее влияние на адекватность и безопасность проекта оказывает максимально точное определение показателей геотехнических свойств и правильный выбор метода расчета (чтобы продемонстрировать это, позже был использован метод моделирования Монте-Карло для анализа различных геотехнических параметров, результаты которого будут представлены во второй части работы).

Если все строительные процессы проходят успешно, поведение зданий редко подвергается повторной оценке. Однако, если есть возможность участвовать в инженерных изысканиях, определении геотехнических характеристик и контроле строительства с использованием инструментов геотехнического мониторинга, целесообразно провести анализ всего процесса для выявления скрытых рисков.

Предлагаем вниманию читателей немного сокращенный и адаптированный перевод статьи словацких геотехников «Роль геотехнического мониторинга при проектировании фундаментов и верификации принятых решений. Часть 2» (Drusa et al., 2021). Она была опубликована в международном рецензируемом научном журнале Civil and Environmental Engineering («Гражданское строительство и инженерная защита окружающей среды») в 2021 году – через пять лет после первой части. Временной разрыв в 5 лет между этими двумя публикациями объясняется тем, что они имели разные цели и рассматривали поведение одного и того же объекта (торгово-развлекательного центра «Аупарк» в словацком городе Жилина) на разных этапах его жизненного цикла. В первой части авторы кратко описали инженерно-геологические условия исследуемой площадки, особенности проектируемого здания, выбранный тип фундаментов и сопоставили расчетные осадки с результатами геодезических измерений в период строительства. Во второй же части акцент сместился на анализ надежности принятых проектных решений путем сопоставления результатов компьютерного моделирования с фактическим поведением здания уже под эксплуатационной нагрузкой. Пауза была необходима для накопления данных долгосрочного мониторинга и применения новых расчетных технологий с целью верификации проекта. Полная ссылка на первоисточник (Drusa et al., 2021), который находится в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0, приведена в конце.

Основная цель статьи – продемонстрировать успешность реализованного проекта отдельных фундаментов мелкого заложения для здания торгового центра. Проверить эффективность проектных решений и оценить достоверность расчетов путем сопоставления с фактическими осадками зданияпомог долгосрочный геотехнический мониторинг.

У геотехников бывает не так много возможностей оценить свои проекты, особенно когда они реализуются успешно. Представленный авторами практический пример – один из тех случаев, который позволил выполнить оценки с точки зрения индекса надежности проекта, скорректированного с учетом реальных геодезических измерений. Индекс надежности выбранных фундаментов рассчитывался с помощью детерминированного подхода к вероятностному анализу. Для оценки тысяч комбинаций статистических данных был разработан программный инструмент на языке Python для пакетных расчетов вертикальных смещений фундаментов в программном комплексе PLAXIS. В дискуссионной части статьи также кратко описано текущее состояние теории надежности в европейских строительных стандартах.