Был проведен анализ влияния типа фундамента на температурный
режим под зданием. В качестве первой модельной задачи рассмотрен
пример с отсутствием фундамента, т.е. здание установлено непосред-
ственно на поверхности мерзлого грунта. Во второй постановке зада-
чи у здания есть свайный фундамент. В третьей задаче здание имеет
свайный фундамент, а грунт основания заморожен с помощью верти-
кальных термостабилизаторов.
Задача 1.
Область исследования
D
представляет собой параллеле-
пипед с характерными размерами
L
x
= 21
м,
L
y
= 15
м и
L
z
= 17
м.
Плоскость
OXY
соответствует поверхности земли. Ось
OZ
направлена
вглубь грунта.
Область
D
состоит из трех литологических слоев
D
1
,
D
2
и
D
3
,
которые описываются следующим образом:
D
1
=
{8
M
(
x, y, z
)
2
D
: 0
< z <
2
}
;
D
2
=
{8
M
(
x, y, z
)
2
D
: 6
< x <
21
,
2
< z <
6
}
;
D
3
=
D
\
(
D
1
∪
D
2
)
.
Верхняя граница
z
= 0
области (рис. 1,
а
) разбита на три зоны:
1 — зона естественных условий теплообмена; 2 — зона здания; 3 —
зона снежных надувов. В зоне 2 располагается производственное зда-
ние, физические характеристики в этой зоне постоянны во времени.
Условия в зонах 1 и 3 изменяются по интервалам времени — месяцам
года. За начало отсчета принимается 1 января текущего года. Через год
эти условия повторяются, т.е. условия на верхней границе являются
периодическими функциями времени с периодом
T
= 8760
ч.
Анализ изменения температурного режима в расчетной области
проводится следующим способом. На прямых линиях, параллельных
оси
OZ
и проходящих через характерные точки на верхней границе
области, выбираются точки наблюдения
M
1
(1
,
5; 1
,
0)
— под зданием и
M
2
(9; 5)
— в непосредственной близости от этой зоны. Результатами
расчетов являются зависимости температуры от времени в этих точках
(рис. 2).
Согласно результатам численного решения задачи, к концу рассма-
триваемого периода (5 лет) температура под зданием остается отри-
цательной на глубине около 7 м. Таким образом, большой объем мерз-
лого грунта через некоторое время после начала эксплуатации здания
станет талым, под зданием может образоваться котлован, в который
оно начнет проседать вплоть до полного разрушения.
Избежать аварийной ситуации можно несколькими способами. При
строительстве в зоне вечной мерзлоты часто применяют свайный фун-
дамент (температурный режим под зданием с таким фундаментом рас-
смотрен в задаче 2). Однако наиболее распространенным способом
110
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2013. № 3
