Файл: Левкович А.И. Инженерно-геологические изыскания для строительства на вечномерзлых грунтах.pdf

условий теплообмена (разная растительность, снег, экспозиция и т. п.), в результате чего в грунт на разных участках поступают (или уходят) разные количества тепла.

Говоря о трехмерном тепловом процессе, имеют в виду, что 'тепло распространяется в грунтах не только по какой-нибудь прямой линии (одномерный процесс) и не только в какой-либо плоскости (двухмерный процесс), а в объеме. Однако при реше­

одной осях прямоугольных координат.

В зависимости от конкретных условий выбирается простран­ ственная характеристика теплового процесса и области исследо­ ваний, т. е. пространственная характеристика задачи. Для изуче­ ния одномерного теплового процесса выбирается одномерная область исследований, для двухмерного — двухмерная, для трех­ мерного — трехмерная.

Одномерный тепловой процесс выбирается при возможности следующих допущений:

а) свойства грунтов могут изменяться лишь в одном направ­ лении, обычно по вертикали, или же грунты однородны;

б) граничные условия, отличные от нуля, существуют лишь на границах области исследований, перпендикулярных к напра­ влению теплового потока. На каждой из этих границ назнача­ ется лишь по одному из граничных условий; это значит, что на протяжении всей границы теплообмен во всех ее точках совер­ шенно одинаков за один и тот же промежуток времени. Допус­ кается изменение граничных условий во времени. На остальных границах области исследований теплообмен должен быть ра­ вен нулю. Каждое из этих допущений необходимо, но не доста­ точно. Достаточным признаком одномерного процесса является наличие обоих допущений.

Для двухмерного процесса принимаются следующие допу­ щения: .

а) свойства грунтов изменяются лишь в одном направлении (или грунты однородны), но при этом хотя бы на одной границе области исследований граничные условия изменяются на протя­ жении этой границы. Изменение граничных условий допускает­ ся лишь в одном направлении, находящемся в плоскости, в ко­ торой распространяется тепловой поток;

б) свойства грунтов изменяются в двухмерной области (в плоскости);

в) граничные условия изменяются на каждой из границ.

112

Каждое из этих допущений служит достаточным признаком двухмерного теплового процесса, требующего для своего изучечения исследований в двухмерной области.

Все остальные случаи теплообмена в грунтах нельзя сво­ дить к одноили двухмерному тепловым процессам, и они тре­ буют для своего изучения назначения трехмерной области иссле­ дований. Перечислим достаточные признаки трехмерного тепло­ вого процесса:

а) свойства грунтов изменяются в одном или двух направле­ ниях (линейно или в плоскости), но хотя бы на одной из границ области исследований граничные условия изменяются в плоско­ сти, перпендикулярной к плоскости, в которой изменяются свой­ ства грунтов;

б) свойства грунтов изменяются в пространстве.

Во всех этих случаях область исследований рассматривалась в прямоугольной системе координат, а границы области полага­ лись плоскими. Нетрудно заметить, что нарушение последнего условия переводит одномерный тепловой процесс в двухмерный. В самом деле, тепловой поток через границу будет проходить уже в двух направлениях (сверху и с боков), что приведет к возникновению двухмерного теплового потока в области иссле­ дований.

Измерение конфигурации границ в плоскости теплового по­ тока в двухмерной задаче не меняет ее пространственной харак­ теристики. Для такого изменения необходимо, чтобы изменение граничных условий или свойств грунтов произошло в направ-" лении, перпендикулярном плоскости распространения теплового потока.

Наиболее универсальной является двухмерная схема тепло­ обмена. Практически все случаи прогнозирования температур­ ного режима грунтов в инженерных задачах можно свести к этой схеме.

§2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖЙМА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ

ГРУНТОВ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ

И ФУНДАМЕНТОВ

При проектировании оснований и фундаментов используются как обобщенные характеристики температурного режима вечно­ мерзлых грунтов, так и температурные распределения (темпера­ турные поля), характеризующие грунты оснований в целом в те или иные моменты времени всего периода эксплуатации проек­ тируемых зданий и сооружений.

Как отмечалось, при изысканиях для технического проекта в целях инженерно-геологического мерзлотного районирования и предварительного определения глубин заложения фундаментов находят обобщенные показатели температурного режима. В ка­ честве исходных данных (начальных условий) для прогнозиро­ вания используют непосредственно измерения температур в

у "

скважинах. Кроме обобщенных характеристик, при изысканиях для технического проекта определяют температурные поля грун­ тов оснований, рассчитанные в условиях совместной с грунтами работы зданий и сооружений. Температурные поля определяют также и при изысканиях для рабочих чертежей;' в этом случае они имеют уточняющее значение.

При изысканиях для технического проекта расчет темпера­ тур ведут на предмет определения возможности использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований с сохранением их вечномерзлого состояния или без этого сохранения. Расчет тем­ пературного режима производится по участкам площадки (трас­ сы), выделенным при ее районировании, для тех зданий или со­ оружений, которые предполагается разместить на этих участках. При этом в расчет принимают средние ИГМ условия этих участ­ ков (средние значения свойств грунтов).

Нет необходимости рассчитывать температурный режим для каждого здания или сооружения, которое проектируется на пло­ щадке (трассе). В данном случае целесообразно группировать их в однородные по тепловыделению группы и расчет вести для одного здания или сооружения каждой группы. Следует отме­ тить, что и размещать здания и сооружения на тех или иных районированных, т. е. однородных по ИГМ условиям, участках необходимо по принципу их тепловой -однородности. На основа­ нии этого расчета выбирают принцип использования вечномерз­ лых грунтов на тех или иных участках площадки в качестве ос­ нований для конкретных зданий и сооружений и технические ре­ шения оснований и фундаментов.

При изысканиях для рабочих чертежей расчет производится для конкретных зданий и сооружений и для конкретных участ­ ков их размещения, причем в качестве исходных данных исполь­ зуют соответствующие характеристики грунтов по этим кон­ кретным участкам, а также технические решения оснований и фундаментов, предусмотренные техническим проектом каждого здания или сооружения.

Прогнозировать температурный режим грунтов при изыска­ ниях для технического проекта можно дважды: для проверки

мер, устройство проветриваемых подполий), и в условиях непо­ средственного контакта здания или сооружения с вечномерз­ лыми грунтами. Если специальные мероприятия не учитываются, то один расчет может служить основанием для выбора принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований и предварительного определения параметров оснований и фунда­ ментов в пределах этого выбранного принципа.

При изысканиях для рабочих чертежей температурный ре­ жим прогнозируют с полным учетом материалов технического проекта по основаниям и фундаментам.

114