CC BY
40ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
СЕЗОННОЕ ОТТАИВАНИЕ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ В КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ Г. ЯКУТСКА
1 2 3
Тараненко Д.В. , Яковенко В.Н. , Преснов О.М.
1ТараненкоДмитрий Васильевич - студент;
2Яковенко Вероника Николаевна - студент, кафедра проектирования зданий и экспертизы недвижимости, факультет промышленного и гражданского строительства;
3Преснов Олег Михайлович - кандидат технических наук, доцент, кафедра автомобильных дорог и городских сооружений, факультет строительства инженерно инфраструктуры и доро , Сибирский федеральный университет, г. Красноярск
Аннотация: оттаивание вечномерзлого грунта в летний период времени становится причиной потери устойчивости несущего слоя грунта. В данной работе исследовано влияние температуры воздуха на глубину оттаивания различных видов дисперсных вечномерзлых грунтов, а также влияние грансостава. Определен период оттаивания и длительность оттаивания этого периода, максимальная глубина оттаивания и месяц с наибольшей глубиной оттаивания.
В процессе исследования была построена модель в ПО GeoStudio (модуль TEMP/W), позволяющая провести численное моделирование тепловых изменений в грунте. Ключевые слова: глубина оттаивания, вечномерзлый грунт, незасоленный грунт.
В статье выполнено помесячное сравнение максимальных глубин оттаивания таких слоев, как песок, супесь, суглинок, глина. В качестве исходных данных, из [1] взяты наиболее неблагоприятные расчетные значения коэффициентов теплопроводности грунтов в талом мерзлом f (Т < -5 °С) состоянии и соответствующие им плотности сухого грунта pdtb Pdf, г/см3 и суммарные показатели влажности грунта Wtot, д.е, исходя из того, что неблагоприятные значениями вероятней всего те, которые дали наименьшую объемную теплоемкость, так как по определению объемная теплоемкость численно равна количеству тепла, которое необходимо для изменения температуры на 1 градус Цельсия единицы объема грунта. Выборка произведена на основе объемной теплоемкости в талом состоянии Cth, рассчитанная по формуле.
Информация о характеристиках грунтов, применяемая далее в расчете, приведена в таблице 1.
№ п/п Тип грунта д.е Вт м°С Вт м°С Сш, КДж м°С Сг, КДж м°С Сг рассчитана для грунта с характеристикам и:
д.е Шр, д.е Ки 1Р, д.е т, °С
1 Песок 0,05 0,75 0.84 1344 1190 (1198) о "к о "к
2 Супесь 0,05 0,81 0.87 1696 1601(1659) 0,0345 (0,06) 0,15 3 ) о е 0,01
3 Суглинок 0,05 0,46 0.48 1624 1655 (1737) 0,0902 (0,1364) 0,22 0,41 (0,62) 0,12
4 Глина 0,05 0,46 0.48 1624 1731 (1843) 0,1272 (0,192) 0,24 0,53 (0,8) 0,18
Для расчета объемной теплоемкости грунта в мерзлом состоянии ^ принято, что температура мерзлого грунта в первом случае составила -15 градусов Цельсия и -1 во втором, а концентрация порового раствора Ср8 равна нулю для незасоленных грунтов. Температура начала замерзания незасоленного грунта Тм взята из [1].
В дальнейшем использовано значение ^ грунта только второго случая, как наиболее неблагоприятное.
При расчете в программном комплексе Оео8Ш&о использовались следующие исходные данные: суммарная влажность грунта в мерзлом состоянии температура начала замерзания грунта Т№ коэффициент теплопроводности грунта (в талом и мерзлом состояниях), объемная теплопроводность грунта (в талом Съ и мерзлом ^ состояниях); приняты следующие граничные условия: температура на поверхности грунтового массива Т равна среднесуточной максимальной температуре воздуха за месяц для города Якутска по данным метеорологических станций [2], температура на глубине 10 метров -3,9 градусов Цельсия, т.е. средняя температура старой части города Якутска на глубине 10 метров [3].
Вычисления проводились для Т > 0°С. Полученные глубины оттаивания Ъ по результатам расчета сведены в таблицу 2.
Месяц Парам етр h для грунта
песок Tbf= -0.3 °С супесь Tbf= -0.3 °С суглинок Tbf= -0.3 °С глина Tbf= -0.3 °С
Апрель 0,8 0,8 0,8 0,8
Май 6,5 6,6 6,6 6,6
Июнь 7,7 7,8 7,8 7,8
Июль 7,9 8,0 8,0 8,0
Август 7,6 7,7 7,7 7,7
Сентябрь 6,3 6,4 6,5 6,5
Как видно из таблицы 2, глубина оттаивания практически одинакова для всех образцов.
Вычисления в ПО GeoStudio подтверждены информацией [4], по которым фундаменты в городе Якутске залегают на глубину 8-10 метров из-за изменения температуры несущего слоя, и как следствие их механических свойств [5], что совпадает с данными таблицей 2. Выводы:
1. Получены количественные значения глубин оттаивания вечномерзлых дисперсных грунтов в летний период времени для г. Якутска.
2. Влияние гранулометрического состава на глубину оттаивания не существенно. Наибольше расхождение при температуре -3°С наблюдалось между песком и глиной в сентябре (0,2 м), причем глинистые грунты, особенно глина, стабильно оттаивали больше по сравнению с другими исследуемыми грунтами, кроме января, где глубина оттаивания всех грунтов небольшая.
3. Процесс оттаивание деятельного слоя продолжается 6 месяцев: начинается в апреле, и заканчивается в сентябре.
4. Максимальная глубина оттаивания наступает в июле и составляет 8,0 м. для глинистых грунтов и 7,9 м. для песчаных.
Список литературы
1. СП 25.13330.2012 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88. Введ. с 01.01.2012. М.: ООО Аналитик», 2012. 96 с.
2. National Centers for Environmental Information [Электронный ресурс]. URL: https://www.ncdc.noaa.gov/ (дата обращения: 14.05.2018).
3. Сыромятников И.И., Дорофеев И.В. Особенности динамики температуры грунтов на территории г. Якутска // Наука и образование, 2014. №4. 50 с.
4. Ионова М.Н. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах // Научные исследования. № 7(8), 2016 / VIII Международная научно-практическая конференция: «Научные исследования: ключевые проблемы III тысячелетия». (Москва, Россия - 2 Сентября, 2016) 52 с.
5. Велли Ю.Я., Докучаев В.В., Федоров Н.Ф. Здания и сооружения на крайнем севере. Ленинград: Госстройиздат, 1963. 492 с.
