5.1. Средняя температура мерзлотной завесы

Определение средней но высоте плотины температуры мерзлотной завесы необходимо для расчетов устойчивости и прочности мерзлого ядра и профиля плотины в целом.

Рассмотренные выше методики расчета мерзлотных завес не содержат рекомендации по определению средних температур мерзлотной завесы.

Для практических целей среднюю температуру но высоте завесы можно определять приближенно по зависимостям:

а) средняя температура по объему завесы при полном смыкании мерзлых цилиндров

; (5.10)

б) средняя для завесы температура в точке пересечения продольной оси завесы с плоскостью смыкания цилиндров

(5.11)

где d – внешний диаметр колонки, м; l –расстояние между осями колонок, м; В — минимальная толщина завесы в плоскости смыкания цилиндров, м;

t_к – расчетная температура внешней поверхности колонки, средняя за период вентилирования.

,

где h – высота колонки, м.

Расчет по формулам (10) и (11) для Иреляхской плотины и сопоставление с натурными данными (пример 5.3) показывают удовлетворительное совпадение.

Пример 5.1. Определение скорости движения воздуха в замораживающих колонках и производительности вентиляторов (Расчеты сделаны применительно к плотине на р. Ирелях)

Дано:

R₁=0,75, d_К=0,22, = 20 м, = 0,15, =-18°С, =-20°С, , , d₂=0,2 м, d₁=0,14 м

Определим объем мерзлотного цилиндра вокруг замораживающей колонки

м³

Длина по гребню плотины L = 320 м. Расстояние между осями колонок l=1,5 м. Тогда число колонок будет разно:

колонок.

Объем мерзлотной завесы, образующийся за период τ₁ равен

м³

Количество тепла, выделяющегося при замораживании грунта в объеме всей завесы, определяется формулой

ккал/ м³

где q – величина, вычисляемая по формуле

ккал.

В данном примере принято несколько заниженное значение = 2°. Наиболее эффективное замораживание достигается при = 8 или 9° С.

Если зададим время работы всех вентиляторов τ₁ = 1200 ч = 50 сут, тогда их общая производительность будет равна:

м³/ч

Если все замораживающие колонки разбиты на семь секций (т = 7), то производительность каждого отдельного вентилятора из т секций замораживающих систем будет равна:

м³/ч

При известной площади кольцевого сечения колонки ω м² и числе N колонок секции, обслуживаемых одним вентилятором, средняя скорость движения воздуха в кольцевой щели определяется формулой

На основании практических данных V_B не должна быть менее 2 м/с. Так как полученная скорость меньше 2 м³/с, то обратным пересчетом определяем необходимую производительность вентилятора

м³/ч

Следовательно, производительность одного вентилятора для работы п колонки при V=2 м/с должна быть 3500 м³/ч.

Пример 5.2. Определение ориентировочной средней скорости движения воздуха в кольцевой щели при заданной производительности вентилятора

Определяем среднюю скорость движения воздуха при заданной производительности вентилятора Р=3500 м³/ч.

Средняя скорость движения воздуха будет равна:

; >2 м/с.

Пример 5.3. Определение средней температуры мерзлотной завесы

Определим среднюю температуру по объему мерзлотной завесы или плотины на р. Ирелях по формуле (10).

= –20 ° С, d=0,22 м, h=20 м, l = 1,5 м, В = 12 м (по нормали к продольной оси завесы).

Средняя температура по объему завесы при полном смыкании ци­линдров будет равна:

° С

° С

Пример 5.4. Определение скорости движения воздуха в замораживающих колонках и производительности вентиляторов; Определение ориентировочной средней скорости движения воздуха в кольцевой щели при заданной производительности вентилятора; Определение средней температуры мерзлотной завесы.

Дано:

R₁=1,50, d_К=0,44, = 40 м, = 0,30, =1,7, =-20°С, =-18°С, , , d₂=0,2 м, d₁=0,14 м

= –20 ° С, d=0,44 м, h=40 м, l = 1,5 м, В = 15 м, L 300-500 (по нормали к продольной оси завесы).

На основании практических данных V_B не должна быть менее 4 м/с.