_ukazaniya_po_merzlotovedeniyu_pgs

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.

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.

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

ределяемая по формуле 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.

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

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

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

6

ГОСТ 25100-95;

Таблица 1.2. Определение коэффициента km

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

где

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.

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

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

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.

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.

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.

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

где Uz – степень фильтрационной консолидации грунта при отторжении грун-

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

2.5.

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