Фрагмент документа "О ВВЕДЕНИИ В ДЕЙСТВИЕ "МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В ЗОНЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗРЫХЛЕННЫХ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ, СОХРАНЯЕМЫХ В МЕРЗЛОМ СОСТОЯНИИ ВО ВРЕМЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ (ДЛЯ ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬ".
6.1. Теплофизические расчеты
6.1.1. Теплофизические расчеты насыпей, в конструкции которых
применимы мерзло-комковатые грунты, производятся для следующих целей:
а) выбора толщины и конструкции теплоизолирующего слоя и общей
конструкции насыпи, обеспечивающих многолетнее непротаивание ее
мерзло-комковатого ядра; б) выбора толщины теплоизолирующего слоя с
целью уменьшения под ним амплитуды отрицательных температур до
допустимой по условиям морозобойного растрескивания нижележащего
грунта.
6.1.2. Теплофизические расчеты конструкций насыпей могут
производиться с использованием двухмерных математических моделей -
программ расчета температурных полей с протаиванием/промерзанием,
например программ МГУ, МИСИ, Фундаментпроекта и др. С достаточной
точностью могут быть произведены необходимые расчеты также с помощью
одномерных моделей, рекомендуемых ниже. Практика показывает, что
погрешность их расчетов не превышает 10 - 15% по сравнению с
двумерными моделями.
6.1.3. Расчет многолетнего непротаивания мерзло-комковатого ядра
в летнее время производится подбором необходимой конструкции и толщины
теплоизолирующих слоев, необходимых для исключения летнего протаивания
мерзло-комковатого ядра, на основании приближенного одномерного
теплотехнического расчета многослойной конструкции.
Для расчета используется расчетная схема, которая предполагает,
что разрез конструкции над поверхностью массива грунта, сохраняемого в
мерзлом состоянии, включает N слоев. Номера слоев (i) изменяются от i
= 1 для первого сверху слоя дорожного покрытия до i = N для грунтов
мерзлого ядра насыпи.
Каждый i-й слой характеризуется толщиной (h , м), объемной
i
теплоемкостью (c , Дж/куб. м x К), коэффициентом теплопроводности
i
(лямбда , Вт/м x К), объемной влажностью (W , доли единицы),
i i
теплотой замерзания воды L = 332 x 106 Дж/куб. м.
Внешние факторы, определяющие тепловое воздействие,
характеризуются средней за лето температурой воздуха (T , ЬC),
n
продолжительностью периода с положительными температурами (тау ,
s
сек.), средней за зиму температурой воздуха T , продолжительностью
w
периода с отрицательными температурами воздуха (тау , сек.) либо
w
среднегодовой температурой воздуха (T x ЬC) и амплитудой
ср
температур воздуха (A x K).
Выражение для расчета величины оттаивания кси в последнем
(i = N) слое (т.е. в мерзлом ядре), полученное на основании метода
эквивалентного слоя (Павлов, 1975), имеет вид:
----------------------------------------------------------------------
| ------------------------------------------------- |
| / |
| /2 x лямбда x T x (тау - тау ) |
| / N n s N-1 2 |
| кси = \/ ---------------------------------- + (бета x S ) - |
| c x T + W x L N N |
| N n N |
| |
| - бета x S , если тау < тау ; |
| N N N-1 s |
| (6.1.1) |
| кси = 0, если тау >= тау . |
| N-1 s |
----------------------------------------------------------------------
Здесь:
----------------------------------------------------------------------
| c x T x W x L W x L x S |
| i n i i i |
| тау = тау + ---------------- x h x (h + ----------------), |
| i i-1 2 x лямбда x T i i c x T + W x L |
| i n i n i |
| |
| 1 <= i <= N - 1, тау = 0; |
| 0 |
| |
| лямбда |
| i-1 i |
| S = SUM ------- x h , 1 <= i <= N, h = тау = 0; |
| i j=0 лямбда j 0 0 |
| j |
| |
| W x L |
| i |
| бета = ----------------, 1 <= i <= N. |
| i c x T + W x L |
| i n i |
----------------------------------------------------------------------
Определение необходимой толщины и места расположения
теплоизолирующих слоев, включаемых в конструкцию, запроектированную по
условию сохранения мерзлоты в мерзло-комковатом ядре насыпи,
производится подбором по формулам (6.1.1) при условии кси -> 0.
Количество, толщина и теплофизические характеристики других слоев
конструкции определяются иными соображениями (высотой насыпи,
прочностью дорожной одежды, технологическими ограничениями и пр.) и
предполагаются заданными.
Расчет теплоизоляции откосных частей дороги осуществляется исходя
из требования исключения возможности проникновения под бровку насыпи
(и следовательно, в мерзло-комковатое ядро) бокового протаивания со
стороны откоса.
При расчете рассматривается многослойная конструкция в
направлении, ортогональном поверхности откоса. Расчет осуществляется
путем численного экспериментирования - подборки - по тем же формулам
(6.1.1).
6.1.4. Расчет необходимой толщины плит теплоизолирующего слоя в
насыпи для недопущения под ним морозобойного растрескивания грунтов
мерзло-комковатого ядра производится подбором из условия недопущения
превышения максимальной амплитуды температуры грунта под
теплоизолирующим слоем (A ) ее максимально допустимого
min
значения по условию морозобойного растрескивания (A ). Значения
cr
A могут определяться в ходе изысканий. Ориентировочные значения
cr
A для некоторых мерзлых грунтов: для песка w ~= 0,15 - 0,22,
cr
A = -18 - 25 град. C, для супесчано-суглинистого грунта
cr
w ~= 0,25 - 0,45, A = -14 - 20 град. C, для мерзлых торфов
cr
w ~= 3,5 - 5,0, A = -12 - 15 град. C; для мерзло-комковатого грунта
cr
A = -8 - -12 град.C. Расчет A производится по формулам (см.
cr min
ниже), где введены обозначения:
h - толщина i-го слоя в насыпи (i отсчитывается сверху вниз);
i
лямбда F и cF - коэффициенты теплопроводности и теплоемкости i-го
i i
слоя;
T - период k-й гармоники колебаний температуры воздуха:
k
годовой (k = 1), 11-суточной (k = 2), суточной (k = 3);
A0 - полуамплитуды k-й гармоники колебаний температур
k
воздуха, принимаются либо по данным изысканий, либо А0
1
(среднемесячная температура воздуха самого холодного месяца) - из
справочников по климату, А0 = 4 x K, А0 = 6 x K;
2 3
A - минимальная температура воздуха (абс. значение, ЬC);
min0
N := 7; i := 1...N; k := 1...3;
-----------------------------------------------------------------------
| --------------- |
| /омега x cF |
| пи / k i+1 |
| омега := --; мю := \/ ---------------; |
| k Т i,k 2 x лямбда F |
| k i+1 |
| |
| лямбда F |
| i |
| m := ----------------; |
| i лямбда F x h |
| i+1 i |
| |
| m |
| 3 i j |
| A := SUM [( П ----------) x |A0 |]. |
| mini k=1 j=1 m + мю k |
| j j,k |
-----------------------------------------------------------------------
|
Фрагмент документа "О ВВЕДЕНИИ В ДЕЙСТВИЕ "МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В ЗОНЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗРЫХЛЕННЫХ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ, СОХРАНЯЕМЫХ В МЕРЗЛОМ СОСТОЯНИИ ВО ВРЕМЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ (ДЛЯ ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬ".