Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

_ukazaniya_po_merzlotovedeniyu_pgs

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
30.03.2015
Размер:
1.09 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТЮМЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра механики грунтов, оснований и фундаментов

Методические указания к практическим работам

по курсу «Инженерное мерзлотоведение»

(для студентов дневной формы обучения специальности ПГС)

УТВЕРЖДЕНО на заседании кафедры СПОФ

«___»____________ г.

Зав. кафедрой

__________ Я.А. Пронозин

Тюмень - 2010

Дубина М.М., Паньков О.О.

Методические указания к практическим работам по курсу «Инженерное мерзлотоведение» для студентов дневной формы обучения специальности ПГС;

Тюмень: ТюмГАСУ, 2010г.

Рецензент к.т.н.

Чурманов В.Л.

 

 

Рецензент к.г-м.н.

Кравцов Ю.В.

 

 

Учебно-методический материал утвержден на заседании кафедры: протокол №_____ от «____» ___________________________ 20 г.

Учебно-методический материал утвержден УМС академии: протокол №_____ от «____» ___________________________ 20 г.

Тираж _____ экземпляров

2

Содержание

Введение……………………………………………………………..…….……...….4 1. Расчет глубин сезонного промерзания и оттаивания грунтов………………....5 2. Расчет осадки уплотнения оттаявшего грунта под действием собственного веса …………………………………………………………………………………...8 3. Расчет вентилируемого подполья………………………………………………10

4.Расчет чаши оттаивания под тепловыделяющим зданием………………....…15

5.Расчет ореола оттаивания вокруг подземных тепловыделяющих каналов….20

6.Расчет вечномерзлых оснований по несущей способности…………………..25

7.Расчет оттаивающих оснований по деформациям…………………………….31

8.Расчет оснований и фундаментов по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения..…………………………………………...…….…….36

9.Контрольная работа №1. Расчет необходимой (оптимальной) высоты насыпи…………………………………………………………………………………….40

10.Контрольная работа №2. Расчет параметров многоканальной охлаждающей системы ……………………………………………………………………………..44

Литература……………………………………………………………………..........51

3

Введение

Настоящие методические указания содержат краткие сведения об основ-

ных методах расчета вечномерзлых оснований в предмете «Инженерное мерз-

лотоведение».

Далее приводятся указания, предназначенные для практических работ и самостоятельного выполнения студентами контрольных работ по расчету осно-

ваний и фундаментов на вечномерзлых грунтах. Количество практических ра-

бот соответствует рабочей программе курса «Инженерное мерзлотоведение».

Целью практических работ является ознакомление студентов с методикой расчета оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах, играющих значи-

тельную роль при проектировании фундаментов сооружений различного назна-

чения, автомобильных дорог, подземных сооружений в районах распространения многолетней мерзлоты, в том числе севера Тюменской облас-

ти.

В конце занятия записи предъявляются преподавателю.

При получении результатов, значительно отличающихся от среднестати-

стических, преподаватель оставляет за собой право требовать повторного про-

ведения расчетов работы.

В случае правильного выполнения контрольных работ и достоверности полученных результатов они засчитываются как выполненная работа, после че-

го студент допускается к их защите. На защите контрольных работ студент должен знать основные формулы, порядок расчета и полученные результаты.

Пропущенные студентами практические работы должны быть отработа-

ны в порядке, установленном кафедрой.

4

1. Расчет глубин сезонного промерзания и оттаивания грунтов

Нормативная глубина сезонного оттаивания грунта dth,n, м, определяется по данным натурных наблюдений по формуле 1.1.

 

 

 

th

 

Tth, c Tbf

t th,c

 

 

Q

 

2

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

d th, n

 

 

 

 

,

 

 

(1.1)

 

 

 

 

 

 

 

 

q1

 

 

 

2q1

 

 

2q1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t th, c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Q

0,25

 

 

T0

 

Tbf k m λf Cf t th, c ;

 

(1.2)

 

 

 

t1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q1

Lν

t th, c

 

0,1

Cth Tth, c

Tbf

 

Cf T0

Tbf ;

(1.3)

 

 

 

t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Tbf - температура начала замерзания грунта,

С,

определяемая по таблице

1.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.1. Температура начала замерзания грунта Tbf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Температура начала замерзания грунта Tbf,

С, при концен-

 

 

Грунты

 

 

 

 

трации 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

 

Tth,c- расчетная температура поверхности грунта в летний период, С, оп-

ределяемая по формуле 1.4.

Tth,c = 1,4Tth,m + 2,4 C;

(1.4)

где Tth,m - средняя по многолетним данным температура воздуха за период по-

ложительных температур, C, принимаемая по СНиП 2.01.01-82;

tth,c - расчетная продолжительность летнего периода, ч, определяемая по формуле 1.5.

tth,c = 1,15tth,m + 360 ч,

(1.5)

5

где tth,m - средняя по многолетним данным продолжительность периода поло-

жительных температур, ч, принимаемая по СНиП 2.01.01-82; t1 - время, принимаемое равным 3600 ч,

t2 - время, принимаемое равным 7500 ч,

To- расчетная среднегодовая температура вечномерзлого грунта, С;

th и f - теплопроводность соответственно талого и мерзлого грунта,

ккал/(м ч С);

Cth и Cf - объемная теплоемкость соответственно талого и мерзлого грунта,

ккал/(м3 С);

km - коэффициент, принимаемый для песчаных грунтов равным 1,0, а для пылевато-глинистых - по таблице 1.2 в зависимости от значения теплоемкости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cf и средней температуры грунта T,

С,TопределяемойT t

по/t формуле0,22

1.6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

bf

th, c 1

 

 

 

 

 

Tbf

t th,c /t1

0,22 ,

 

 

(1.6)

 

 

 

 

T

T0

 

 

L - теплота таяния

грунта,

ккал/м3, определяемая при

температуре

 

 

 

 

 

грунта, равной 0,5 T, С,TпринимаетсяT t

равной/t

0,22количеству теплоты, необходи-

0

 

 

bf

th, c 1

 

 

 

 

мой для таяния льда в единице объема грунта и определяется по формуле 1.7.

L = z0(wtot - ww) d,

(1.7)

где zo = 80 ккал/кг - удельная теплота фазовых превращений вода-лед в расчете на единицу массы;

d - плотность сухого грунта (скелета грунта), кг/м3.

wtot и ww - суммарная влажность грунта wtot, устанавливаемая на период эксплуатации сооружения, и влажность грунта в период наблюдений;

Концентрация порового раствора сps, доли единицы, определяется по фор-

муле 1.8.

cps

 

Ds

,

(1.8)

Ds

w tot

 

 

 

где Ds - степень засоленности грунта, доли единицы, устанавливаемая по

6

ГОСТ 25100-95;

Таблица 1.2. Определение коэффициента km

 

 

 

Значения коэффициента km при объемной теплоемкости Cf,

Температура T

,

 

ккал/(м3

С)

 

С

 

300

400

 

500

600

 

 

 

 

-1

 

 

6,8

5,9

 

5,3

5,0

-2

 

 

5,2

4,5

 

4,0

3,7

-4

 

 

3,7

3,2

 

2,8

2,5

-6

 

 

3,0

2,6

 

2,3

2,1

-8

 

 

2,5

2,2

 

1,9

1,6

-10

 

 

1,8

1,6

 

1,4

1,2

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта df,n, м, определяется по формуле 1.9.

df,n

f Tbf Tf,m tf,m

,

(1.9)

 

 

q2

 

где

q2 = L - 0,5Cf(Tf,m - Tbf),

(1.10)

где L - теплота замерзания грунта, ккал/м3.

 

Tbf - температура начала замерзания грунта,

С определяемая по табли-

це 1.1. ;

Tf,m и tf,m - соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период отрицательных температур, С и продолжительность этого периода, ч, принимаемые по СНиП 2.01.01-82.

Расчетная глубина сезонного оттаивания dth и расчетная глубина сезонного промерзания грунта df определяются по формулам 1.11 и 1.12.

dth k,h dth,n

(1.11)

df = khdf,n ,

(1.12)

где dth и df,n - нормативные глубины соответственно сезонного оттаивания и сезонного промерзания грунта;

7

k’h и kh - коэффициенты теплового влияния сооружения, принимаемые по таблице 1.3.

Таблица 1.3. Определение коэффициентов k’h и kh

Сооружения

k’h

kh

Здания и сооружения без холодного подполья

-

В соответствии с тре-

 

 

бованиями СНиП

 

 

2.02.01-83

Здания и сооружения с холодным подпольем:

 

 

у наружных стен с отмостками, имеющими

1,2

-

асфальтовое и тому подобное покрытия

 

 

у наружных стен с отмостками без асфальто-

1,0

-

вых покрытий

 

 

у внутренних опор

0,8

-

Мосты:

 

 

промежуточные массивные опоры с фундаментами

 

 

мелкого заложения или фундаментами из свай и

 

 

свай-столбов с плитой (ростверком), заглубленной в

 

 

грунт при ширине опор по фасаду:

 

 

от 2 до 4 м

1,3

1,2

4 м и более

1,5

1,3

промежуточные столбчатые и свайные опоры, рам-

1,2

1,1

ностоечные опоры с фундаментами мелкого заложе-

 

 

ния

 

 

обсыпные устои

1,0

1,0

Примечания: 1. Данные таблицы не распространяются на случаи применения теплоизоляции и других специальных теплозащитных мероприятий (вентилируемые и те-

плоизолирующие подсыпки, охлаждающие устройства и т. д.).

 

2. Для устоев мостов, обсыпанных песчаным грунтом, значения

и kh следует при-

нимать по данным теплотехнического расчета, но не менее 1,2.

 

2. Расчет осадки уплотнения оттаявшего грунта под действием собст-

венного веса

Оттаивание вечномерзлых грунтов всегда сопровождается их деформаци-

ей, которая подразделяется на осадку и набухание. Основным видом деформа-

ции мелиорируемых грунтов является их осадка. Она складывается из осадки оттаивания, и осадки уплотнения.

Считается, что осадка оттаивания происходит одновременно с оттаивани-

ем, а осадка уплотнения после его завершения. Осадка уплотнения глинистого

8

грунта продолжается довольно долго (теоретически бесконечно долго). Поэто-

му, если оттаянный массив глинистого грунта в дальнейшем используется в ка-

честве оснований инженерных сооружений, возводимых по принципу П, то совершенно необходимо знать долю этой осадки, которая будет реализована после передачи на грунт нагрузки от сооружения. Она вычисляется по формуле

2.1.

 

∆S = S - S ,

(2.1)

где S

- величина стабилизированной осадки уплотнения оттаянного массива

грунта под действием собственного веса, м;

 

S

- осадка уплотнения к моменту передачи на основание полезной на-

грузки, м;

∆S - осадка уплотнения после передачи на основание полезной нагрузки

(только от действия собственного веса), м.

Чем больше величина ∆S, тем эффект от предварительного оттавания будет меньше. Уменьшение ∆S достигается за счет увеличения S . Существует не-

сколько способов увеличения S

-за счет увеличения времени выстойки оттаянного массива грунта без по-

лезной нагрузки;

-за счет отжатия оттаянного массива песчаной насыпью;

-за счет устройства вертикальных песчаных или бумажных дрен;

-за счет электроосмоса.

Последние три мероприятия часто применяются совместно. Недостатком пер-

вого мероприятия является увеличение времени строительства, последующих трех – увеличение стоимости подготовительных работ.

Стабилизированная осадка уплотнения вычисляется по формуле 2.2.

S = 0,5. а

. g .

. Н2

,

(2.2)

 

с

взв

 

 

где ас – коэффициент сжимаемости оттаянного грунта, м2/ч; g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2;

9

взв плотность грунта во взвешенном состоянии, кг/м3, рассчитывается по формуле 2.3.

γвзв

γs γв γс

,

(2.3)

 

 

γs

 

где s , с , в – плотность, соответственно, частиц скелета грунта, сухого грунта

и воды, кг/м3.

 

Н – мощность оттаянного слоя грунта, м.

 

Нестабилизированная осадка уплотнения на момент времени

определяет-

ся по формуле 2.4.

 

S = S . Uz ,

(2.4)

где Uz – степень фильтрационной консолидации грунта при отторжении грун-

товой влаги в вертикальном направлении, безразм., определяется по формуле

2.5.

Uz

 

1

8

 

e NB ,

(2.5)

 

 

 

 

 

 

 

π

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Nв – безразмерный параметр, вычисляемый по формуле 2.6.

 

 

 

π2 C

v

 

τ ,

 

 

N

=

 

 

 

 

(2.6)

4 H2

 

в

 

 

 

 

 

где - время, отсчитываемое от окончания оттаивания, ч;

 

Сv - коэффициент консолидации, м2/ч, вычисляемый по формуле 2.7.

 

 

 

 

 

 

 

Kф

 

 

 

Сv =

 

 

 

 

 

 

,

(2.7)

 

 

а

с

взв

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Кф – коэффициент фильтрации оттаянного грунта, м/ч;

3. Расчет вентилируемого подполья

Вентилируемое подполье является основным видом охлаждающего уст-

ройства гражданских и промышленных зданий, возводимых на вечномерзлых

10

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.