3.2 Теплофизические характеристики грунта
Теплофизические характеристики грунта – теплопроводность , Вт/(м С), ккал/(мч С) и объемная теплоемкость С, Дж/(м3 С), ккал/(м3 С) определяются опытным путем в соответствии с ГОСТ 26263–84. Расчетные значения теплопроводности талого и мерзлого грунта (th и f ), а также объемной теплоемкости талого и мерзлого грунта (Cth и Cf ) песчаных и пылевато-глинистых грунтов, включая заторфованные и гравелистые, допускается принимать по таблице 3.2 в зависимости от плотности талого и мерзлого грунта в сухом состоянии (d,th и df).
Температура начала замерзания грунта Tbf, С, характеризует температуру перехода грунта из талого в мерзлое состояние. Температуру начала замерзания пылевато-глинистых, засоленных и биогенных (заторфованных) грунтов Tbf следует устанавливать опытным путем.
Для предварительных расчетов мерзлых оснований значение Tbf допускается принимать по таблице 3.3 в зависимости от вида грунта и концентрации порового раствора сps, д.е., определяемой по формуле
,
(3.11)
где Ds – степень засоленности грунта, д.е., устанавливаемая по ГОСТ 25100–82;
wtot – суммарная влажность мерзлого грунта, доли единицы.
Для незасоленных песчаных и крупнообломочных грунтов значение Tbf принимается по ГОСТ 25100–82 равным 0 С.
Теплота таяния (замерзания) грунта, z принимается равной количеству теплоты, необходимой для таяния льда (замерзания воды) в единице объема грунта. Значение z, Дж/м3 (ккал/м3, Вт·час/м3), определяется по формуле
z = z0(wtot – ww)d, (3.12)
где zo = 93 Вт·час/кг (80 ккал/кг) – удельная теплота фазовых превращений вода–лед в расчете на единицу массы;
d – плотность сухого грунта (скелета грунта), кг/м3.
Плотность сухого грунта d,th,\df, т/м3 |
Влажность грунта wtot, д.е. |
Теплопроводность грунта, Вт/(м С), [ккал/(мч С)] |
Объемная теплоемкость, Дж/(м3 С)10-6 [ккал/(м3 С)] |
||||||||
Пески разной крупности, гравелистые |
Супеси пылеватые |
Суглинки и глины |
Заторфованные грунты, торф |
||||||||
th |
f |
th |
f |
th |
f |
th |
f |
Cth |
Cf |
||
0,1 |
9,00 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,81 (0,70) |
1,34 (1,15) |
4,00 (950) |
2,31 (550) |
0,1 |
6,00 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,40 (0,35) |
0,70 (0,60) |
2,73 (650) |
1,68 (400) |
0,1 |
4,00 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,23 (0,20) |
0,41 (0,35) |
1,88 (450) |
1,26 (300) |
0,1 |
2,00 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,12 (0,10) |
0,23 (0,20) |
1,05 (250) |
0,64 (200) |
0,2 |
4,00 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,81 (0,70) |
1,33 (1,15) |
3,78 (900) |
2,40 (570) |
0,2 |
2,00 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,23 (0,20) |
0,52 (0,45) |
2,10 (500) |
1,47 (350) |
0,3 |
3,00 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,93 (0,80) |
1,39 (1,20) |
4,15 (990) |
2,40 (570) |
0,3 |
2,00 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,41 (0,35) |
0,70 (0,60) |
3,32 (750) |
2,10 (500) |
0,4 |
2,00 |
– |
– |
– |
2,10 (1,80) |
– |
2,10 (1,80) |
0,93 (0,80) |
1,39 (1,20) |
3,78 (900) |
2,73 (650) |
0,7 |
1,00 |
– |
– |
– |
2,10 (1,80) |
– |
2,00 (1,75) |
– |
– |
3,60 (855) |
2,10 (500) |
1,0 |
0,60 |
– |
– |
– |
2,00 (1,75) |
– |
1,90 (1,65) |
– |
– |
3,44 (820) |
2,18 (520) |
1,2 |
0,40 |
– |
– |
– |
1,90 (1,65) |
1,57 (1,35) |
1,80 (1,55) |
– |
– |
3,11 (740) |
2,12 (505) |
1,4 |
0,35 |
– |
– |
1,80 (1,55) |
1,86 (1,60) |
1,57 (1,35) |
1,66 (1,45) |
– |
– |
3,35 (800) |
2,35 (560) |
1,4 |
0,30 |
– |
– |
1,74 (1,50) |
1,80 (1,55) |
1,45 (1,25) |
1,57 (1,35) |
– |
– |
3,02 (720) |
2,18 (520) |
1,4 |
0,25 |
1,91 (1,65) |
2,14 (1,85) |
1,57 (1,35) |
1,68 (1,45) |
1,33 (1,45) |
1,51 (1,30) |
– |
– |
2,78 (660) |
2,06 (490) |
1,4 |
0,20 |
1,57 (1,35) |
1,86 (1,60) |
1,33 (1,15) |
1,51 (1,30) |
1,10 (0,95) |
1,22 (1,05) |
– |
– |
2,48 (590) |
1,89 (450) |
1,4 |
0,15 |
1,39 (1,20) |
1,62 (1,40) |
1,10 (0,95) |
1,27 (1,10) |
0,87 (0,75) |
0,99 (0,85) |
– |
– |
2,18 (520) |
1,76 (420) |
Таблица 3.2.
Расчетные значения теплофизических характеристик грунтов в талом и мерзлом состоянии [8]
Продолжение таблицы 3.2
Плотность сухого грунта d,th, df, т/м3 |
Влаж-ность грунта wtot, д.е. |
Теплопроводность грунта, Вт/(м С),[ккал/(мч С)] |
Объемная теплоемкость, Дж/(м3 С)10-6 [ккал/(м3 С)] |
||||||||
Пески разной крупности, гравелистые |
Супеси пылеватые |
Суглинки и глины |
Заторфованные грунты,торф |
||||||||
th |
f |
th |
f |
th |
f |
th |
f |
Cth |
Cf |
||
1,4 |
0,10 |
1,10 (0,95) |
1,27 (1,10) |
0,93 (0,80) |
1,05 (0,90) |
0,70 (0,60) |
0,75 (0,65) |
– |
– |
1,89 (450) |
1,74 (415) |
1,4 |
0,05 |
0,75 (0,65) |
0,81 (0,70) |
0,64 (0,55) |
0,70 (0,60) |
0,46 (0,40) |
0,52 (0,45) |
– |
– |
1,60 (380) |
1,47 (350) |
1,6 |
0,30 |
– |
– |
1,86 (1,60) |
1,97 (1,70) |
1,68 (1,45) |
1,86 (1,55) |
– |
– |
1,84 (835) |
2,48 (590) |
1,6 |
0,25 |
2,50 (2,15) |
2,73 (2,35) |
1,80 (1,55) |
1,91 (1,65) |
1,51 (1,30) |
1,68 (1,45) |
– |
– |
3,15 (750) |
2,35 (560) |
1,6 |
0,20 |
2,15 (1,85) |
2,37 (2,05) |
1,62 (1,40) |
1,74 (1,50) |
1,33 (1,15) |
1,51 (1,30) |
– |
– |
2,31 (670) |
2,14 (510) |
1,6 |
0,15 |
1,80 (1,55) |
2,00 (1,75) |
1,45 (1,25) |
1,57 (1,35) |
1,10 (0,95) |
1,22 (1,05) |
– |
– |
2,48 (590) |
2,02 (480) |
1,6 |
0,10 |
1,45 (1,25) |
1,62 (1,40) |
1,62 (1,00) |
1,28 (1,10) |
0,87 (0,75) |
0,93 (0,80) |
– |
– |
2,16 (515) |
1,80 (430) |
1,6 |
0,05 |
1,05 (0,90) |
1,10 (0,95) |
0,81 (0,70) |
0,87 (0,75) |
0,58 (0,50) |
0,64 (0,55) |
– |
– |
1,83 (435) |
1,68 (400) |
1,8 |
0,20 |
2,67 (2,30) |
2,84 (2,45) |
1,86 (1,60) |
1,97 (1,70) |
1,57 (1,35) |
1,80 (1,55) |
– |
– |
3,17 (755) |
2,41 (575) |
1,8 |
0,15 |
2,26 (1,95) |
2,62 (2,25) |
1,68 (1,45) |
1,80 (1,55) |
1,39 (1,20) |
1,57 (1,35) |
– |
– |
2,78 (600) |
2,26 (540) |
1,8 |
0,10 |
1,97 (1,70) |
2,20 (1,90) |
1,45 (1,25) |
1,57 (1,35) |
1,05 (0,90) |
1,22 (1,05) |
– |
– |
2,42 (575) |
2,04 (485) |
1,8 |
0,05 |
1,45 (1,25) |
1,51 (1,30) |
0,99 (0,85) |
0,99 (0,85) |
0,70 (0,60) |
0,75 (0,65) |
– |
– |
2,04 (485) |
1,89 (450) |
2,0 |
0,10 |
2,73 (2,35) |
2,90 (2,50) |
1,74 (1,50) |
1,86 (1,60) |
1,28 (1,10) |
1,39 (1,20) |
– |
– |
2,68 (640) |
2,26 (540) |
2,0 |
0,05 |
2,10 (1,80) |
2,14 (1,85) |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
2,26 (540) |
2,10 (500) |
Примечание: 1вт· ч=3600 Дж |
|||||||||||
Таблица 3.3
Температура начала замерзания грунта [8]
Грунты |
Температура начала замерзания грунта Tbf, С, при концентрации порового раствора cps, доли единицы |
|||||
0 |
0,005 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
|
Песчаные |
0 |
–0,6 |
–0,8 |
–1,6 |
–2,2 |
–2,8 |
Пылевато-глинистые: |
|
|
|
|
|
|
супеси |
–0,1 |
–0,6 |
–0,9 |
–1,7 |
–2,3 |
–2,9 |
суглинки и глины |
–0,2 |
–0,6 |
–1,1 |
–1,8 |
–2,5 |
–3,2 |