Практическая работа 5

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт «Сибирская школа геонаук»

Практическая работа №5

Расчет глубины промерзания (оттаивания) грунта

по дисциплине

Инженерное мерзлотоведение

Выполнил студент группы РГ-21-1 Новикова К.М.

Шифр И.О. Фамилия

Проверил преподаватель Верхозин И.И.

И.О. Фамилия

Иркутск 2025 г

Теоретическая часть

Глубина промерзания — это максимальная глубина, на которую грунт промерзает в холодный период года. Она определяется как расстояние от поверхности земли до верхней границы вечной мерзлоты или до изотермы 0°C в сезонно-мерзлом слое.

Глубина оттаивания (для районов вечной мерзлоты) — это максимальная глубина, на которую протаивает грунт в теплый период года над вечной мерзлотой. Этот слой называется деятельным (активным) слоем.

Цель практической работы: познакомиться с расчетами глубины промерзания (оттаивания) грунта и научиться задавать минимальную глубину заложения фундамента в мерзлых грунтах.

Задание: Используя результаты лабораторной работы № 4, определите нормативную и расчетную глубину сезонного оттаивания грунта, соответственно d_th,n и d_th, а также минимальную глубину заложения свайного фундамента у наружных стен здания с холодным подпольем и отмостками с асфальтовым покрытием при использовании грунтов по I принципу.

Рассчитайте нормативную и расчетную глубину сезонного промерзания грунта, соответственно d_fn и d_f, и минимальную глубину заложения столбчатого фундамента здания с подвалом при среднесуточной температуре воздуха в подвале 8^o C, если грунт используется по II принципу.

В случае многослойного разреза оценку глубины заложения фундамента нужно провести путем условной замены многослойного разреза однослойным. Для определения d_th могут быть использованы максимальные значения _th, _f, C_f , w_w и минимальные w_tot, C_th, _d,f, T_bf. грунтов находящихся в зоне сезонного оттаивания. При расчете d_f необходимо использовать максимальное значение T_bf, тогда как остальные параметры берутся как в первом случае.

Результаты расчетов привести в виде таблицы.

Исходные данные:

1. Результаты лабораторной работы № 4.

2. Допускается принимать Т_о =T_on.

3. Температурные условия участка работ приведены в табл. 1.

4. Расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам 15 ^оС.

Таблица 1 - Температурные условия участка

Параметр	Номер грунта			Примечание
	1	3	5
Tth,c	15,0	12,4	15,0	°С
Tf,m	–20	–24	–20
tth,с	3450	4200	3450	в часах
tf,m	6010	4560	6010
Ton	–4,0	–1,5	–4,0	°С

Ход работы:

1. Определяем по формуле 3.13 теплоту таяния (замерзания) грунта L_, Вт·ч/м³, где _d берется в кг/м³.

L_ = 93(0.34– 0.18)1190=18072.41 Вт·ч/м³

L_ = 93(0.28– 0.06)1450=29154.57 Вт·ч/м³

L_ = 93(0.35– 0.13)1210=24261.47 Вт·ч/м³

2. Рассчитываем количество удельной теплоты поглощаемой при плавлении льда содержащегося в грунте, q₁, Вт·ч/м³ по формуле:

T_bf – температура начала замерзания грунта,  С;

T_th,c – расчетная температура поверхности грунта в летний период,  С, определяемая по формуле T_th,c = 1,4T_th,m + 2,4 C; здесь T_th,m – средняя по многолетним данным температура воздуха за период положительных температур, C, и t_th,m – продолжительность этого периода, ч, принимаемые по СНиП 2.01.01–82;

t_th,c – расчетная продолжительность летнего периода, ч, оп­ре­де­ляемая по формуле t_th,c = 1,15t_th,m + 0,1t₁;

t₂ – время, принимаемое равным 2,710⁷ с (7500 ч);

C_th и C_f – объемная теплоемкость, соответственно талого и мерзлого грунта, Втч /(м^3·ºС), Дж/(м³ С), ккал/(м³ С).

3. Тепло расходуемое на летний обогрев многолетнемерзлых грунтов, Q, Вт·ч/м³, определяем по формуле 4.5, предварительно определив коэффициент k_m по табл. 4.5 в зависимости от значения теплоемкости C_f и средней температуры грунта , С, определяемой по формуле 4.7. Обратите внимание на размерность C_f в табл. 4.5.

k_m=3,57

k_m=5,045

k_m=3,378

t₁ – время, принимаемое равным 1,310⁷ с (3600 ч). Если в расчетах размерность коэффициентов _th и _f берем в ккал/(мч∙ С) или в Вт (м∙^·º С) то время в часах;

T₀ – расчетная среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта, С; которая, устанавливается на основании прогнозных расчетов изменения температурного режима грунтов на застраиваемой территории.

_th и _f – теплопроводность соответственно талого и мерзлого грунта, Вт /(м∙^·ºС), ккал/(мч С);

k_m – коэффициент, принимаемый для песчаных грунтов равным 1,0, а для пылевато-глинистых – по табл. 4.5 в зависимости от значения теплоемкости C_f и средней температуры грунта ,  С.

4. Нормативную глубину сезонного оттаивания грунта, d_th,n, м, определяем по формуле 4.4.

5. Определяем расчетную глубину сезонного оттаивания d_th, м, по формуле 4.2, где k’_h и k_h – коэффициенты теплового влияния сооружения, принимаемые по табл. 4.3.

d_th=0,8*3=2,4

d_th=0,8*2,38=1,904

d_th=0,8*2,4=1,92

6. По табл. 4.1 определяем минимальную глубину заложения фундамента d_min.

d_min=3,4

d_min=2,904

d_min=2,92

7. Определяем нормативную глубину сезонного промерзания грунта d_f,n по формуле 4.9, предварительно определив q₂ по формуле 4.10.

q₂ = L_ – 0,5C_f(T_f,m – T_bf)

q₂ = 18072.41 – 0,5*2,12(-20 + 0,36) = 18093.2

q₂ = 29.154.57 – 0,5*2,18(-24 + 0,29) = 29180.4

q₂ = 24261.47 – 0,5*2.35 (-20 + 0,312) = 24284.6

8. По формуле 4.3 определяем d_f , где k_h принимается по табл. 4.3 и 4.4.

d_f = k_hd_f,n

d_f = 0.64*4.85=3.104

d_f = 0.64*3.28=2.1

d_f = 0.64*3.89=2.49