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

+ arctg

V2 + (;c-B/2)2 + (t/-L/2)2

(VIII. 12)

Выражения (VIII.7) совместно с (VIII.8) и (VIII.ll) с (VIII.12)

могут служить для непосредственного определения температуры в любой точке стационарного температурного поля в грунтах под отапливаемым сооружением.

В случае нестационарного температурного поля задача значительно осложняется, так как при расчете необходимо исходить из общего баланса тепла на границе раздела талой и (Мерзлой зон с учетом скрытой теплоты таяния льда и функции конфигурации системы.

Перейдем к рассмотрению таких задач.

Из уравнения (VIII.5), полагая температуру поверхпости раздела талой и мерзлой зон равной нулю (т. е. 0т = О), получим выра-.жение для вспомогательной температуры:

f {Xi. у, Zi)

(VIII. 13)

цде Хи у и - координаты какой-либо точки поверхности раздела зон.

Пользуясь уравнением (VIII.5) для температуры грунта в талой зоне, получим

0 0 f{Xi, \У1, Zi) - f(X, у, Z)

(VIII. 14)

и для температуры грунта в мерзлой зоне

fix, у, z,)

(VIII. 15)

Перемещение поверхности оттаивания определяется пз уравнения баланса тепла на элементарной площадке этой поверхности с координатами хи Уи Zii

Ki.)n-KiK)n=~, (VIII.16)

где (9т)/ и (0м)/ - производные функции температур по нормали к площадке; ds - дифференциал линии тока, проходящей через точку Xi, у и Zi\ S - скрытая теплота таяния льда; t - время нагревания.

Учитывая общее выражение для температуры в талой зоне (VIII.14) и в мерзлой зоне (VIII.15), основное уравнение баланса тепла принимает следующий общий вид:

г {X, у, г) fix, у, z)-\

г {X, у, Z)

f (X, у, г)

ds dt

{VIII. 17)

где f{x, у, z) - функция конфигурации системы; /(х, г/, г) - производная этой функции.

Подставляя в уравнение (УП1Л7) значение функции конфигурации системы (для плоской задачи выражение VHI.S и для пространственной - VHI.12) 1И их производные по нормалям к элементарной площадке и решая полученное уравнение, определяют для рассматриваемой задачи температуру в талой и мерзлой зонах и глубину оттаивания вечномерзлых грунтов.

В дальнейшем, численные решения поставленных задач выполнены Г. В. Порхаевым при следующих основных предпосылках: решение исходит из средней годовой температуры грунтов; теплоизоляция поверхности нагрева учитывается эквивалентным по теплопроводности слоем грунта, но только на площади нагрева; тепловой поток, вызываемый геотермическим градиентом, не учитывается, так же как и нагрев оттаявшей зоны грунта; учет трехмерности задачи производится путем умножения расчетной глубины оттаивания на поправочный коэффициент, равный отношению глубины оттаивания в трехмерном решении задачи к глубине оттаивания в двухмерном решении.

Сложнейшие решения рассматриваемой теплофизической задачи Г. В. Порхаев для удобства использования их на практике свел к табулированным решениям и графикам расчетных функций.

В общем виде, например глубина оттаивания грунтов под сооружением, возводимом на вечномерзлых грунтах, определяется выражением

ht=f{%b J<i)B. (VIILIS)

где коэффициент i - функция следующих параметров:

1=Щ-Ь\ (VIII. 19)

а = Ь; (VIII.20)

(VIII.21)

где /?о -сопротивление теплопередаче пола здания, -ч-град/ккал; 9 -теплота таяния мерзлого грунта, ккал/м. Величина коэффициента Ki=f{,I, LIB) табулирована. Для определения коэффициента влияния составлены графики

для различных точек чаши оттаивания вечномерзлых грунтов под

сооружением.

Как пользоваться вышеприведенными формулами, а также табулированными решениями и графиками для определения коэффициентов влияния в расчетах глубины оттаивания вечномерзлых грунтов под сооружениями для различных промежутков времени от начала эксплуатации сооружений, изложено в следующих главах книги, где они необходимы для прогноза осадок фундаментов «а оттаивающих грунтах.

и развитие в этих районах про-

следует отметить, что к полученной глубине оттаивания необходимо добавлять МОЩНОСТЬ оттаивающего грунта от обжития местности, которую можно рассчитать, зная поток тепла, определяемый выражением (VIII.5).

§ 4. О температурной устойчивости плотины из местных материалов в условиях вечномерзлых грунтов

1. Плотины из местных материалов в условиях вечномерзлых грунтов. Огромные водно-энергетические ресурсы районов распространения вечномерзлых грунтов мышленности вызывают необходимость строительства плотин для использования водных запасов, главным образом, речных, имеющих, однако, очень неравномерный сток в течение года.

Отдаленность районов, часто отсутствие хороших путей сообщения и необходимость срочного ввода водных ресурсов в эксплуатацию обуславливают развитие в области распространения вечномерзлых грунтов строительства плотин из местных материалов (главным образом, каменнонаб-росных).

При строительстве плотин на вечномерзлых грунтах прежде всего возникает вопрос о их термической устойчивости, так как при оттаивании большинство вечномерзлых грунтов теряет несущую способность и они становятся сильно водопроницаемыми, что не удовлетворяет требованиям гидротехнического строительства.

Следуя проф. Е. В. Близняку * и проф. П. А. Богословскому**, необходимо различать два основных вида плотин из местных материалов, возводимых на вечномерзлых грунтах: 1) нефильтрующие - с использованием вечномерзлых грунтов в качестве весьма прочных и водонепроницаемых материалов (рис. 129, а); 2) фильтрующие, рассчитанные на оттаивание вечномерзлых грунтов в их основании (рис. 129, б).

* Е. В. Б л и 3 н я к. О проектировании и постройке плотин в условиях вечной мерзлоты. «Гидротехническое строительство», 1937, № 9.

** П. А. Богословский. О строительстве земляных плотин в районах распространения многолетиемерзлых грунтов. «Труды Горьковского ИСИ», щ>1п. 29, 1958.

П21 Ш2Ш5---4--5

Рис. 129. Типичные схемы земляных плотин, возводимых на вечномерзлых грунтах: а - плотина с использованием мерзлого грунта в качестве прочного и водонепроницаемого материала (нефильтру-ющая плотина); б - фильтрующая плотина; / - зона постоянно талого грунта; 2 -зона постоянно мерзлого грунта; 3 - зона переменного оттаивания н замерзания; 4 - зона, в которой необходимо провести замораживание естественного талика; 5 - зона, в которой желательно провести предварительное оттаивание; 6 - зона пучения грунтов с подтоком воды