ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 107
Скачиваний: 1
!О 0,1 |
0,2 0,3 0,4 «а |
|
^П^ В»^ |
0,9 |
|
О,в |
|
0,7 |
|
8 |
|
Р и с . 10. Зависимость поправочного |
Рис. 11. Ход средних |
декадных |
|||||
множителя |
6 |
от критериев |
значений разности между темпе |
||||
|
|
ст |
|
|
ратурой поверхности пород и тем |
||
Kq = |
|
|
и Kt |
пературой воздуха. Сплошная ли |
|||
2Q3 |
tB |
||||||
|
ния — данные за 1970 г.; пунктир |
||||||
|
|
|
|
|
ная линия — данные за |
19 71 г. |
|
где сш и ст |
— объемная теплоемкость породы в талом и мерзлом |
||||||
состоянии; |
t0 — средняя годовая |
температура пород на |
глубине |
||||
нулевых годовых |
|
амплитуд. |
|
|
|||
Поправочный множитель б находится по номограмме (рис. 10). Существенный недостаток формулы Бергреиа заключается в том, что в ней ие учитывается внешний теплообмен пород с атмосфе рой. Поэтому она может применяться для расчета глубины протаивания только в естественных условиях (луг) или близко к ним (оголенная поверхность), когда температура поверхности пород tn близка к температуре воздуха tB, так как в этом случае приток радиационного тепла в значительной мере компенсируется затра тами тепла на испарение. Однако в районах с небольшим коли чеством летних осадков величина At =tn — tB может достигать 3—5°. На рис. И приведен по наблюдениям в Якутске ход средних декадных значений 7П и tB за два летних сезона: влажное лето (1970 г.) и сухое (1971 г.). Температуру поверхности измеряли тщательно термопауком. Если средняя летняя температура воз
духа в 1971 |
г. составила |
12°, то температура поверхности по |
род превысила ее на 3,5°. |
Еще большие разности At при тепловой |
|
мелиорации |
пород. Это |
свидетельствует о том, что в формулах |
протаивання из всех составляющих внешнего теплообмена нель зя ограничиваться учетом только температуры воздуха.
Формула А. В. Павлова для расчета глубины протаивания записывается в виде *
Т( гв *8) Т л Г ----- (IV.22)
а---- — -----------&У амх.
*Вывод формул приведен в работе А. В. Павлова и Б. А. Оловина «Искусственное оттаивание мерзлых пород теплом солнечной радиации при
разработке россыпей». Новосибирск, «Наука», 1973.
о |
67 |
|
Здесь |
введены следующие |
новые |
обозначения: а — коэффи |
||||||||||||||
циент конвективного теплообмена; ям — коэффициент |
|
темпера |
||||||||||||||||
туропроводности |
мерзлой |
породы; |
tB — приведенная |
|
темпера |
|||||||||||||
тура воздуха |
с |
учетом |
поправки на радиационный |
|
баланс |
R |
||||||||||||
и затраты тепла на испарение |
L*E |
(Е — величина |
испарения, |
|||||||||||||||
L* — теплота |
испарения); |
( |
— расход тепла на |
протаивание |
||||||||||||||
1 м3 мерзлой и нагревание талой породы. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Величина фф |
определяется следующей зависимостью: |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
<?Ф- LyDK(Wc - W B) + 0,3c,tB. |
|
|
|
(IV.23) |
|||||||||
Таким образом, здесь учитывается, что часть содержащейся |
||||||||||||||||||
мерзлых |
породах |
влаги |
может находиться в незамерзшем со- |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 8 стоянии. Вспомогательный |
|||||||||||
Зависимость |
вспомогательного парамет- |
параметр |
8 определяется |
|||||||||||||||
|
ра |
е от критериев К а |
п К с |
|
по табл. |
8 |
в |
зависимости |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
I ' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г. tft |
||
Кс |
0,00j 0,10 |
0,15 |
0,20 |
|
0,30 |
0,40 |
от критериев К с — |
и |
||||||||||
|
|
|
^тгв |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К а = |
|
|
|
|
||||
0,01 |
0,007 0,007 |
0,008 |
0,008 |
0,008 |
0,009 |
^ м^ф |
температура |
|||||||||||
0,02 |
0,013 0,014 |
0,015 |
0,015 |
0,016 |
0,017 |
Приведенная |
||||||||||||
воздуха |
tB |
определяется |
||||||||||||||||
0,03 |
0,019 0,021 |
0,022 |
0,023 |
0,024 |
0,025 |
|||||||||||||
зависимостью |
|
|
|
|
||||||||||||||
0,04 |
0,025 0,027 |
0,030 |
0,030 |
0,032 |
0,034 |
/ -- *в ,.' R —aL*E |
(!V.24) |
|||||||||||
0,05 |
0,032 0,034 |
0,036 |
0.036 |
0,040 |
0,042 |
|||||||||||||
0,06 |
0,037 0,040 |
0,042 |
0,044 |
0,047 |
0,050 |
В |
этой |
формуле |
но |
|||||||||
0,07 |
0,043 0,046 |
0,049 |
0,051 |
0,055 |
0,057 |
сравнению |
с |
|
формулой |
|||||||||
Крылова |
(IV. 17) |
|
тепловой |
|||||||||||||||
0,08 |
0,043 0,052 |
0,054 |
0,058 |
0,062 |
0,065 |
поток |
между |
протаиваю |
||||||||||
0,09 |
0,054 0,058 |
0,062 |
0,064 |
0,069 |
0 073 |
щей |
и |
мерзлой |
|
породой |
||||||||
0,10 |
0,059 0,064 |
0,068 |
0,071 |
0,076 |
0,080 |
принят нестационарным во |
||||||||||||
0,12 |
0,069 0,075 |
0,080 |
0,084 |
0,090 |
0,095 |
времени. Его влияние учи |
||||||||||||
0,14 |
0,078 0,086 |
0,092 |
0,096 |
0,103 |
0,108 |
тывается |
дополнительным |
|||||||||||
но сравнению |
с формулой |
|||||||||||||||||
0,16 |
0,087 0,096 |
0,103. |
0,108 |
0,116 |
0,122 |
Стефана слагаемым 8 | аых, |
||||||||||||
0,18 |
0,095 0,106 |
0,113 |
0,119 |
0,128 |
0,136 |
зависящим |
от |
теилофизп- |
||||||||||
0,20 |
0,103 0,115 |
0.124 |
0,130 |
0,140 |
0,149 |
|||||||||||||
ческих свойств талой и мер |
||||||||||||||||||
0,25 |
0,120 0,137 |
0,148 |
0,156 |
0,169 |
0,179 |
злой породы, |
а |
также |
от |
|||||||||
0,30 |
0,136 0,157 |
0,170 |
0,180 |
0,195 |
0,208 |
краевых |
условий |
|
теплооб |
|||||||||
0,35 |
0,150 0,174 |
0,190 |
0,201 |
0,220 |
0,234 |
мена |
протаивающего слоя. |
|||||||||||
Влияние внешнего теп- |
||||||||||||||||||
0,40 |
0,162 0,190 |
0,208 |
0,222 |
0,243 |
0,259 |
|||||||||||||
эбмена на процесс про |
||||||||||||||||||
0,45 |
0,173 0,205 |
0,225 |
0,240 |
0,264 |
0,282 |
щания |
учитывается |
в |
||||||||||
0,50 |
0,182 0,218 |
0,240 |
0,257 |
0,284 |
0,304 |
пении |
дополнительным |
|||||||||||
0,60 |
0,198 0,241 |
0,268 |
0,288 |
0,319 |
0,343 |
|
|
X |
|
|
|
заменой |
||||||
1гаемым 2L и |
|
|||||||||||||||||
0,70 |
0,211 0,260 |
0,291 |
0,315 |
0,351 |
0,379 |
|
|
а |
|
|
|
|
||||||
температуры воздуха tBее |
||||||||||||||||||
0,80 |
0,221 |
0,276 |
0,311 |
0,338 |
0,378 |
0,410 |
||||||||||||
приведенной величиной tu , |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
68
зависящей от |
радиационного баланса, испарения и конвектив |
|||||
ного |
теплообмена. |
|
|
|
|
|
Таким образом, для расчетов глубины протаивания по формуле |
||||||
(IV.22) необходимы следующие данные: |
|
|
|
|||
1) длительность периода протаивания т, отсчитываемая от пе |
||||||
рехода средней суточной температуры воздуха через 0°; |
tB |
|||||
2) |
разность |
между |
приведенной температурой |
воздуха |
||
за период протаивания |
и температурой |
замерзания |
пород |
t3- |
||
3) |
теплофизические характеристики талых (индекс «т») и мерз |
|||||
лых |
(индекс |
«м») пород — коэффициент |
теплопроводности |
Ят |
||
и Ям, |
объемная теплоемкость сти см; |
|
|
|
||
4) |
расход тепла (Ц на оттаивание и нагревание единицы объ |
|||||
ема пород;
5) средняя годовая температура пород t0.
Приведем пример расчета по формуле (IV.22) глубины сезон ного протаивания пород на оголенном от растительности участке в Центральной Якутии.
Расчетные данные (состав пород—супесь): уск = 1350 кг/м3;
W c —11,8%; WH= 1,5 %; tз = —0,3°; Ят =0,90 ккал/м■град • ч; Ям = 1,30 ккал/м-град-ч; ст =435 ккал/м3-град;см =397ккал/м3-град;
X |
|
|
|
|
|
ам= — = 3,27-10 ”3м2/'ч; £в = 10,1°; t0= —2°; Я=5,95 ккал/см2-мес;. |
|||||
СМ |
|
|
|
|
|
L* E=^l,8Q ккал/см2-мес; а = 12ккал/м2-град-ч; т=154 дня. |
|||||
Вычисляем: |
|
|
|
|
|
Q<b = LyeK(W0 — WB) -j- 0,3ст*в = 80-1350(0,118 —0,015) |
|||||
-|- 0,3-435-10,1 = 1,48-104 ккал/м3; |
|
||||
|
R — L*E |
10.1 |
(5,95 — 1,86) ■104 |
q rjc |
|
|
= |
12-30-24 |
|
6 ’ |
|
|
|
|
|
||
К п |
0,910,1 |
0.19: |
|
||
3,27 -10 3 -1,48 -104 |
|
||||
|
ам@ф |
|
|
||
к п |
смго |
|
1,48-10“ |
, |
|
|
Q,Ф |
|
|
||
По найденным значениям К а и К с находим в табл. 8 е—0,040. По формуле (IV.22) рассчитываем глубину сезонного протаивания
|
К |
2V (Цв — гз)Т |
■в |
,/■----- 0,90 |
|
а |
Qi |
У амт = - j2 ~ + |
|
/ |
|
|
||
2-0,90 (13,2 + 0,3) 154-24 — 0,040 Ц 3,27 • 10~~3 ■154-24 |
||||
|
1,48-Ю4 |
|
— 0,15 = 2,23 м. |
|
|
|
= - 0,08 . 2,46. |
||
Формула (IV.22) применима и для расчета глубины промерза ния пород, имеющих обнаженную поверхность. В этом случае
69
необходимо взаимозаменить индексы «т» и «м» при исходных пара метрах. Любая теплоизоляция, уложенная на поверхность породуыеныпает глубину промерзания. Первая попытка учесть тепло изоляцию в расчетах промерзания была предпринята М. М. Кры ловым. Позднее в 1943 г. англичане Лондон и Себан применили более современный способ учета теплоизоляции с помощью экви валентного слоя, определяемого выражением
5 Пз = Л * ^ . |
(IV.25) |
лиз |
|
Тогда формула Стефана для расчета промерзания пород под слоем изоляции, эквивалентный слой которого равен S, запишется
в йиде |
Г |
_________ |
|
| = |
2Х г т |
(IV.26) |
|
у |
S 2 + - ^ L . |
Расчет промерзания пород под слоем теплоизоляции, имеющих положительную среднюю годовую температуру, может быть вы полнен по формуле
l = - s + | S2 + ^ |
- 8 V w . |
(IV.27) |
Снежный покров представляет собой один из видов естествен ной теплоизоляции, эквивалентный слой которого изменяется в течение всей зимы. Однако для упрощения расчетов термическое сопротивление снежного покрова (или его высоту) принимают постоянным, равным среднему значению за зимний период. При таком допущении глубина промерзания пород под снегом опре делится выражением (IV.27). А. В. Павловым получено более точное решение, учитывающее изменение эквивалентного слоя снежного покрова во времени:
•gr2 , |
(t3 гв) т |
е ] Ламт, (IV. 28) |
|
+ — |
% — |
||
|
где S — средняя за зиму величина эквивалентного слоя снежного покрова, вычисляемая по средним значениям его высоты и коэф фициента теплопроводности.
Поправочный коэффициент I учитывает изменение во времени термического сопротивления снежного покрова (для слоя изо
ляции |
с постоянным во времени термическим сопротивлением |
1 — 1). |
Он представляет собой отношение глубины промерзания |
грунта под снежным покровом с постоянным во времени терми ческим сопротивлением к глубине промерзания, вычисленной при осредненном его значении. Аналитическое решение показало,
что 1^1,2.
Для вычисления s в формулах (IV.27) и (IV.28) необходимо знать температуру поверхности пород tu. Температура поверх ности промерзающей оголенной породы принимается в этом случае
70