4.3. Водно-тепловий режим земляного полотна

Водно-тепловим режимом земляного полотна називають закономірні зміни вологості й температури в різних точках ґрунтового масиву з часом. Режим земляного полотна дороги значно відрізняється від режиму ґрунтових основ

інших інженерних споруд, хоч і має прямий зв’язок з водно-тепловим режимом прилеглої місцевості. Спорудження насипу або влаштування виїмки вносить такі функціональні зміни, які відрізняють водно-теплові умови земляного

полотна від оточуючої земної поверхні. Влаштування дорожнього одягу також вносить зміни у водно-, паро- і повітряний обмін між грунтом і зовнішнім повітряним середовищем.

Якщо розглядати роботу земляного полотна в річному циклі з точки зору водно-теплового режиму, то грунт полотна піддається змінному зволоженню і просиханню, замороженню і відтаванню. Така циклічність водяного і

теплового впливів призводить з часом до формування відносно стабільного режиму, тобто досягається певна рівновага, за якої вологість, температура і щільність грунту, а отже, і його міцність коливаються в певних інтервалах.

Вологість грунтів земляного полотна змінюється залежно від джерел зволоження і їхньої інтенсивності. Атмосферні опади як головне джерело зволоження просочуються в грунт полотна і зволожують основу дорожнього

одягу.

Вбирання води в грунт є досить складним процесом, фізична суть якого полягає в тому, що низхідний рух води відбувається під дією гравітаційних, молекулярних сил, а також сил, зумовлених тертям, в’язкістю рідини і наявністю

затисненого повітря в порах грунту. Однією з основних характеристик цього руху є інтенсивність вбирання, під якою розуміють кількість води, що просочилася в грунт за одиницю часу. Загальна кількість води в грунті буде дорівнювати

добутку інтенсивності вбирання qi на час просочення Ti:

Q = q T .

Як показують дослідження, процес вбирання при сталій інтенсивності дощу має три характерних фази: 1) інтенсивність вбирання дорівнює інтенсивності дощу; 2) різке зниження інтенсивності вбирання; 3) інтенсивність

вбирання стала.

У першій фазі атмосферні опади витрачаються на змочення і заповнення крупних пор. Тривалість цієї фази залежить від початкової вологості грунту, щільності його й інтенсивності дощу. Чим менший дефіцит вологості

грунту, тим менше початкове поглинання води і тим швидше знижується інтенсивність вбирання (рис. 4.4), а чим більша інтенсивність дощу, тим скоріше і різкіше відбувається зниження інтенсивності вбирання (рис. 4.5).

Друга фаза характеризується різким зменшенням інтенсивності вбирання внаслідок заповнення водою верхнього шару грунту. В цей період опади стікають з поверхні земляного полотна дороги.

Третя фаза настає тоді, коли грунт насичується водою до такого стану, що розпочинається процес фільтрації. Після вбирання вологи відбувається її перерозподіл в грунтовій товщі. Процес перерозподілу вологи в різних

грунтах проходить по різному і залежить від механічного складу, вологості тощо.