Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 [ 94 ] 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148

пературе 0м=-2°С) по расчетам на гидроинтеграторе проф. В. С. Лукьянова, выполненным Л. Н. Хрусталевым. Из рассмотрения кривых вытекает, что при плотности застройки в 17% в рассматриваемых условиях тепловой ноток незначителен, и в этом случае может быть достигнуто стационарное состояние чаши протаивания. Если же учитывать при исчислении плотности застройки также дворы, улицы и площади, то фактическая средняя интегральная плотность застройки будет для городов области вечномерзлых грунтов значительно меньше 17%.

При оценке температурной устойчивости вечномерзлых грунтов на застраиваемых территориях следует рассмотреть отдельно общие условия деградации или нарастания мерзлых толщ на рассматриваемой территории и отдельно - 0У1я-ние локальных факторов, главным образом, застройки и подземных сетей на изменение температурного режима вечномерзлых грунтов.

Решение поставленной сложнейшей теплофизической задачи о динамике температурного поля толщи грунтов на за-страиваемых территориях района распространения вечномерзлых грунтов возможно следующими методами:

1) аналитическим путем на базе составления общего баланса тепло- и массообмена при известных метеорологических, геокриологических и пр. особенностей места постройки и теплофизических свойств грунтов;

2) методом моделирования теплофизических процессов при стационарном температурном поле - с помощью ЭГДА и на приборе гидравлических аналогий проф. В. С. Лукьянова, а при нестационарном температурном поле - на приборе гидравлических аналогий проф. В. С. Лукьянова;

3) на основе обобщения натурных наблюдений изменения температурного поля под сооружениями, возведенными в аналогичных геокриологических условиях, что, однако, требует длительного времени наблюдений и не всегда доступно.

§ 2. Об оценке общей температурной устойчивости толщи вечномерзлых грунтов на застраиваемых территориях

Аналитические расчеты и исследования температурного режима вечномерзлой толщи грунтов методом гидравлических аналогий проф. В. С. Лукьянова показывают, что основной характеристикой

Рис. 124. Увеличение теплосодержания грунта на территории застройки (по Л. Н. Хрусталеву) в ктл/м через 10; 50 и 100 лет при плотности застройки: а -41%; 6-17%

температурного поля толпой вечномерзлых грунтов на застраиваемой территории является изменение температуры грунта в слое годовых нулевых амплитуд - 9о, т. е. примерно на глубине 10 м от поверхности.

Величина -9о, характерная для температурного режима толщи вечномерзлых грунтов, по исследованиям Г. В. Порхаева.*, определяется с учетом составляющих теплового баланса грунта:

0= {йв.з+-7- 2/?з - а. з) + -[e. л+(й;?л - Qj] +

+ 0,47 А. \W [g.,+J-(Q;j, CjlU. (VIII.1)

+ 2

П = -

Г -период времени, равный 1 году; Qb.3 и Ов.л - суммы среднемесячных температур воздуха соответственно за зиму и лето; аз и ал - коэффициенты теплоотдачи от поверхности снега к воздуху зимой и грунта к воздуху - летом; Qm и Онл - суммы среднемесячных значений радиационного баланса за зиму и за лето; Q.g и ОЕ.л. - суммы среднемесячных затрат тепла на испарение с поверхности снега за зиму и с поверхности грунта за лето; Ят и Хм - коэффициенты теплопроводности талого и мерзлого грунтов; А/ и he" - мощности снежного покрова при промерзании и после промерзания грунта; W - влажность грунта; а - коэффициент температуропроводности мерзлого грунта; X/ и - коэффициенты теплопроводности снега при промерзании и после промерзания грунта.

Конечно, определение всех составляющих теплового баланса поверхности грунта - метеорологических, радиационных, мощности снегового покрова, тепловых и физических свойств снега и грунта н талом и мерзлом состоянии представляет значительные трудности и может быть выполнено лишь с той или иной степенью приближения, что осложняет применение формулы (VIII. 1) на практике, особенно, если учесть, что для достоверности получаемых результатов необходимо пользоваться средними многолетними данными.

* г. в. П о р X а е в [и др.]. Теплофизика промерзающих и протаивающих грунтов. Гл. III и V. Изд-во «Наука», 1964.

Так как величина -9о входит в дальнейшие тепловые расчеты вечномерзлых оснований как основной показатель температуры толпш вечномерзлых грунтов в рассматриваемом районе и по СНиПу почти все тепловые расчеты оснований и фундаментов на вечномеозлых грунтах базируются на этой величине, то в случае затруднений аналитического вычисления -0о рекомендуется определять температуру вечномерзлой толщи на глубине нулевых годовых амплитуд непосредственно путем тщательного ее измерения (на глубине порядка 10 м) или прогнозировать ее специалистами-геокриологами на основании соответствующих аналогов.

Исследования общей температурной устойчивости толщи вечно* мерзлых грунтов на застраиваемых территориях методом гидравлических аналогий произведены на Воркутинской научно-исследовательской станции НИИОСП Л. Н. Хрусталевым с сотрудниками. Некоторые результаты этих исследований, которые мы считаем важными для оценки общей температурной устойчивости вечномерзлых грунтов на застраиваемых территориях, мы и отметим. ,

Исследования на гидроинтеграторе температурного поля вечномерзлых грунтов под сооружениями показали следующее:

1) влияние отапливаемых зданий и сооружений на температуру вечномерзлой толщи распространяется на расстояниях порядка несколько десятков метров от зданий и сооружений;

2) существенное значение для установления направления изменений температуры вечномерзлой толщи имеет температура грунта на глубине нулевых годовых амплитуд -9о, а также величина среднеинтегральной температуры * поверхности грунта 9ср;

3) при величине среднеинтегральной температуры поверхности выше нуля (9ср>0) не устанавливается стационарного положения чаши протаивания вечномерзлых грунтов под сооружениями (даже без учета подземных тепловых и водных коммуникаций), а имеет место в рассмотренных условиях сквозное протаивание вечномерзлой толщи;

4) если среднеинтегральная температура поверхности грунта на застраиваемой территории выше температуры вечномерзлой толщи грунтов на уровне нулевых годовых теплооборотов, то, по Хрусталеву, при застройке территории будет наблюдаться деградация вечномерзлых толщ, а если ниже, то развитие вечномерзлых толщ и понижение их температуры.

Конечно, вопрос о деградации или развитии вечномерзлой толщи не решается исследованием влияния тепловыделения только зданиями, но будет зависеть п от ряда других общих и локальных источников тепла.

§ 3. О влиянии локальных факторов на температурное поле толщи вечномерзлых грунтов

При строительстве зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах очень важно правильно установить основные особенности стро-

* См. сноску *♦ на стр. 285.

10-1362 289