Материал: 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:
Глубина подошвы |
|
|
|
|
|
слоя от |
Наименование грунта, его характеристика |
||||
поверхности |
|||||
|
|
|
|
||
земли, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Торф слаборазложившийся |
|
|
|
|
0,0 – 0,25 |
плотность в талом состоянии, = 1,00 г/см3 |
||||
|
суммарная влажность мерзлого грунта, |
|
= 400 % |
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|||
|
Суглинок с числом пластичности, |
= 8 |
|||
|
|
|
|
|
|
0,25 – 1,60 |
плотность в талом состоянии, = 1,84 г/см3 |
||||
|
|
|
|
||
|
суммарная влажность мерзлого грунта, = 35 % влажность на |
||||
|
|
|
|
|
|
|
границе раскатывания, = 24 % |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вскрыт |
мелкий песок |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
скважиной |
плотность в талом состоянии, = 1,90 г/см3 |
||||
глубиной до 5 м |
суммарная влажность мерзлого грунта, |
|
|
= 8 % |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
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,
определяется по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 ∙ |
|
( |
− |
) ∙ |
|
2 |
|
|
|
, = √ |
|
,с |
|
, |
+ ( |
|
) |
− |
|
|
|
|
1 |
|
2 1 |
2 1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
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.
Нормативная глубина сезонного промерзания |
однородного грунта , м, |
||||
|
|
|
|
|
, |
определяется по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 ∙ |
( |
− |
) ∙ |
|
= √ |
|
|
, |
, |
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
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
месяц |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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.
, |
5 |
|
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,
в град. |
|
|
|
, |
|
|
|
По таблице 1.1 находим: |
|
|
|
= |
−39,6 − 35,0 − 20,8 − 5,2 − 8,0 − 28,2 − 38,1 |
= −25,0 град. |
|
|
|||
, |
7 |
|
|
|
|
|
|
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 торфа: = |
|
= |
1,00 |
= 0,2 г⁄см3 = 2,0 кН/м3 |
|
|
||||
|
|
||||
|
|
1+0,01 |
|
1+0,01∙400 |
|
|
|
|
|
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 мелкого песка: = 1,76 Вт/(м ∙о С);
= 1,95 Вт/(м ∙о С)
Температура начала замерзания грунта , характеризует температуру перехода грунта из талого в мерзлое состояние. Температуру начала замерзания незасоленных, засоленных и заторфованных грунтов следует определять опытным путем, а в отдельных случаях допускается вычислять в зависимости от вида грунта и концентрации порового раствора Cps по формуле:
|
= − (53 |
+ 40 2 |
) |
|
|
|
|
где А - коэффициент, характеризующий температуру начала замерзания незасоленного грунта, принимается по таблице 1.2:
Та б л и ц а 1.2
В- коэффициент, зависящий от типа засоления грунта; В = 0 для незасоленных грунтов; В = 1 для грунтов морского типа засоления; В = 0,85 для грунтов с континентальным типом засоления.
Концентрация порового раствора Cps характеризует степень минерализации грунтовой влаги. Ее допускается определять по СП 131.13330.2012.
Учитывая, что в нашем случае все грунты незасоленные концентрацию порового раствора определять нет необходимости, поскольку В = 0 и температура начала замерзания грунта определиться формулой
=
Значение для заторфованных грунтов следует выбирать по величине температуры начала замерзания того компонента (торфяного или минерального), у которого она выше. Величина для торфа приведена в таблице 1.3:
Т а б л и ц а 1.3
Витоге получаем:
для торфа: = −0,23