Математическое моделирование температурного режима грунтов оснований фундаментов в условиях многолетнемерзлых пород

В.И. Васильев, М.В. Васильева, И.К. Сирдитов

150

ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2017. № 1

Таблица 2

Расчетные значения физических и теплофизических характеристик

талых (числитель) и мерзлых (знаменатель) грунтов

Грунт

Объемная

теплоемкость,

Вт/(м

· ч

°C)

Теплопроводность,

Вт/(м

· ч

°C)

Удельная теплота

таяния, (Вт

· ч)/м

Насыпь (песок)

470 /435

0,90/0,96

7 070

Почвенно-

растительный слой

390/270

0,76/ 1,40

1 500

Песок:

мелкий, средней сте-

пени влагонасыщения

770/570

1,91/2,14

34 870

пылеватый, слаболь-

дистый

780/590

2,15/2,37

32 200

мелкий, малой степе-

ни водонасыщения

780/590

2,15/ 2,37

29 000

Суглинок легкий:

пылеватый льдистый

666/ 524

1,37/1,72

20 925

слабольдистый

830/630

1,45/1,66

20 550

Супесь пылеватая,

слабольдистая

780/590

1,62/1,74

24 550

Распределение температуры вдоль средней линии приведено на рис. 6 (вари-

анты 1 и 2). Представленные результаты аналогичны как при наличии, так и при

отсутствии почвенно-растительного слоя. Распределение температуры после

удаления почвенно-растительного слоя и добавления насыпи (вариант 3) для

365, 375, 395 дней представлено на рис. 7,

а–в

Сравним результаты моделирования в случае установки свай и без них. Ре-

зультаты моделирования после установки свай приведены на рис. 7,

г–е

. Чис-

ленное сравнение температуры вдоль линии

= 48

представлено на рис. 8 и ил-

люстрирует оттаивание грунта.

По приведенным результатам численного моделирования задач теплопере-

носа в грунтах в условиях криолитозоны с учетом таких факторов, как удаление

почвенно-растительного слоя, добавления насыпи и установки свай, можно

сделать следующие выводы:

−

численные расчеты температурного поля грунтов с учетом наличия поч-

венно-растительного слоя и с использованием теплообмена по закону Ньютона

с коэффициентом теплообмена, учитывающим толщину почвенно-раститель-

ного слоя и его теплопроводность, позволяют получить близкие результаты;

−

возведение насыпи под здание из подходящих материалов достаточной

высоты может сохранить грунт под зданием в мерзлом состоянии;

−

моделирование температурного влияния свай показывает, что их уста-

новка может привести к кратковременному повышению температуры окружа-

ющих мерзлых грунтов, время стабилизации температурного поля грунта зави-

сит от температуры сваи и составляет 3–12 мес.