Zanyatie_1_reshenie

Занятие № 1.

Условие задачи и состав исходных данных для решения практической задачи.

Требуется определить глубину сезонного оттаивания грунтов основания до возведения насыпи при следующих условиях:

1.Район проектирования – г. Якутск.

2.Геологическое строение основания:

Все грунты – незасоленные.

Температура грунта на глубине 10 м от поверхности составляет (-8,5) град.

Порядок решения задачи.

Нормативная глубина сезонного оттаивания однородного грунта ,, м,

где:

- теплопроводность талого грунта, Вт/(м∙оС). Определяется по формуле по таблице Б.8 СП 131.13330.2012;

,с - расчетная температура поверхности грунта в летний период, °С;- температура начала замерзания грунта, °С;

, – расчетный период положительных температур окружающего воздуха, час.; Q и 1 – расчетные параметры.

где:

- теплопроводность мерзлого грунта, Вт/(м*оС). Определяется по формуле по таблице Б.8 СП 131.13330.2012;

, - средняя по многолетним данным температура воздуха за период отрицательных температур, °С;

- температура начала замерзания грунта, °С;, – расчетный период отрицательных температур окружающего воздуха, час.; Q и 1 – расчетные параметры.

Нормативная глубина сезонного промерзания и оттаивания определяются отдельно для каждой разновидности грунта, заданного в задании.

Для установления нормативной глубины сезонного оттаивания необходимо:

определить климатические параметры теплого и холодного периодов;

определить расчетные физические и теплофизические свойства грунтов основания в мерзлом и талом состоянии;

вычислить нормативную глубину сезонного оттаивания грунтов основания;

вычислит нормативную глубину сезонного промерзания грунтов основания.

1.1 Определение климатических параметров теплого периода.

Определяем среднюю температуру воздуха за период положительных температур,

, в град.

Для города Якутска определяем климатическую зону. Пользуемся картой климатического районирования, приведенную на рис. 1.1 (по СП 131.13330.2012, стр. 107). Таким образом, для г. Якутска – климатическая зона IA.

По таблице 5.1 СП 131.13330.2012 находим для г. Якутска многолетние средние месячные температуры воздуха (таблица 1.1):

Т а б л и ц а 1.1 – Среднемесячные температуры воздуха для г. Якутска

г. Якутск -39,6 -35,0 -20,8 -5,2 7,3 16,1 19,1 15,1 5,9 -8,0 -28,2 -38,1

Количество месяцев с положительными температурами (май, июнь, июль, август, сентябрь) – 5 месяцев. Тогда, средняя многолетняя температура воздуха за период положительных температур составит:

= 7,3 + 16,1 + 19,1 + 15,1 + 5,9 = 12,7 град.

На основе полученных данных находят расчетную температуру поверхности грунта в летний период, ,с°С по формуле

,с = 1,4 , + 2,4

Для нашего случая:

,с = 1,4 , + 2,4 = 1,4 ∙ 12,7 + 2,4 = 20,2

Далее определяют расчетный период положительных температур, ,, час., по формуле

, = 1,15 ∙ , + 0,1 ∙ 1

, – родолжительность периода времени с положительными температурами воздуха, в часах.

В нашем случае г. Якутск расположен в климатической зоне IА. Из таблицы 1.1 известно, что в течение года 5 месяцев наблюдается положительная температура воздуха. Тогда:

, = 5 мес. = 5 ∙ 30 = 150 сут. = 150 ∙ 24 = 3600 час.

1 – время, принимаемое равным 3600 ч. Тогда:

, = 1,15 ∙ 3600 + 0,1 ∙ 3600 = 4140 + 360 = 4500 час.

Значения , и , для климатических подрайонов 1Б и 1Г значения следует принимать с коэффициентом 0,90, т.е. полученные значения умножить на 0,90.

1.2 Определение климатических параметров холодного периода.

Определяем среднюю температуру воздуха за период отрицательных температур,

Количество месяцев с отрицательными температурами (май, июнь, июль, август, сентябрь) – 7 месяцев. Тогда расчетный период отрицательных температур , составит

, = 7 мес. = 7 ∙ 30 = 210 сут. = 210 ∙ 24 = 5040 час.

1.3Определение расчетных физических и теплофизических свойств грунтов основания в мерзлом и талом состоянии

Основными физическими и теплофизическими свойствами мерзлых и талых грунтов являются:

плотность талого грунта, , т/м3 (г/см3, кН/м3);

плотность сухого грунта, , т/м3 (г/см3, кН/м3);

= 1 + 0,01 ∙

суммарная влажность грунта, , % (долей единицы);

весовое содержание незамерзшей воды в мерзлом грунте, , % (долей единицы);

теплопроводность талого грунта, , Вт/(м∙оС);

теплопроводность мерзлого грунта, , Вт/(м∙оС);

температура начала замерзания грунта, , °С.

расчетная среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта на глубине 10 м от поверхности основания, , °С;

средняя температура мерзлого грунта, ̅, °С;

объемная теплоемкость мерзлого грунта, , ккал/м3∙град.;

объемная теплоемкость талого грунта, , ккал/м3∙град.;

теплота таяния (замерзания) грунта, , ккал/т.

Определим эти параметры. Плотность талого грунта приведена в задании. Находим плотность сухого грунта по приведенной ранее формуле. В итоге получим:

для суглинка: = 1,4 г⁄см3 = 14 кНм3

для мелкого песка: = 1,8 г⁄см3 = 18 кНм3

Суммарная влажность грунтов приведена в задании.

Теплопроводность грунтов в талом и мерзлом состоянии находим по таблице Б.8

СП 131.13330.2012. В итоге получим:

для торфа: = 0,81 Вт/(м ∙о С);

= 1,33 Вт/(м ∙о С)

для суглинка: = 1,57 Вт/(м ∙о С),

= 1,76 Вт/(м ∙о С)

для суглинка: = −0,20

для мелкого песка: = −0,10

Расчетная среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта на глубине 10 м, °С определяется по данным полевых измерений. В нашем случае по условиям задачи:

= −8,5 град.

Определим среднюю температуру мерзлого грунта ̅, по формуле

Получим:

для торфа: ̅ = (−8,5 − 0,23) (45003600 − 0,22) = −8,5 град.,

для суглинка: ̅ = (−8,5 − 0,20) (45003600 − 0,22) = −9,0 град.

для мелкого песка: ̅ = (−8,5 − 0,10) (45003600 − 0,22) = −8,9 град.

Объемную теплоемкость мерзлого и талого грунтов определим по таблице

1.4.

Т а б л и ц а 1.4 – Расчетные значения объемной теплоемкости грунтов

для заторфованных грунтов и торфа:

П

= 4 | | √

П – параметр, принимаемый равным для торфа 1,6; для заторфованных грунтов определяется по формуле

П = 2,2 ∙ − 0,1

q – степень заторфованности грунта.

Рассмотрим слой торфа:

= ̅ − = −8,5 − (−0,23) = −4,1 град. 2 2

весовое содержание незамерзшей воды, :

= 80000[4,0 − 1,1] ∙ 0,2 = 46400 ккал/т

Для суглинка:

= ̅ − = −9,0 − (−0,20) = −4,4 град. 2 2

весовое содержание незамерзшей воды, :

= 0,5

= 0,5 ∙ 0,24 = 0,12

= 80000[0,35 − 0,12] ∙ 1,4 = 25760 ккал/т

Для мелкого песка: весовое содержание незамерзшей воды принимаем для песка равным нулю, = 0,0.

= 80000 ∙ [0,08 − 0,0] ∙ 1,8 = 11520 ккал/т

1.4Определение нормативной глубины сезонного оттаивания грунтов основания

– коэффициент, принимаемый для песчаных грунтов равным 1,0, а для глинистых по таблице 1.6 в зависимости от значения объемной теплоемкости мерзлого грунта и средней температуры грунта ̅.

Т а б л и ц а 1.6 – Значения коэффициента

Получим:

для торфа: = 1,8

для суглинка: = 1,5

для песка мелкого: = 1,0.

Тогда: