Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Теплофизические константы грунтов.

При замерзании грунтов часть воды в порах грунта переходит из жидкого в твердое состояние, в связи с чем существенно изменяются физико-механические свойства грунта: часть влаги переходит в лед, упрочняются связи между частичками грунта, увеличивается общий объем грунта. При этом в дальнейшем при оттаивании отдельные частички могут не вернуться на свое первоначальное место. Структура и свойства таких грунтов значительно отличаются от талых.

Режим замораживания грунта оказывает существенное влияние на его механические свойства и последующую, после оттаивания, структуру. Так, при медленном охлаждении грунта весь его массив пронизывается прослойками и линзами льда которые при оттаивании создают местное переувлажнение грунта, в результате чего прочность его значительно снижается. Особенно неблагоприятным оказывается замораживание грунта с его последующим оттаиванием, что ведет к образованию взрыхленной структуры, вследствие чего резко снижаются механические свойства грунта.

Тепловые и механические свойства грунта зависят от его льдистости, т. е. количества льда, содержащегося в мерзлом грунте. Льдистость обычно характеризуется коэффициентом относительной льдистости (3, который равен отношению массы льда к массе всей воды, находящейся в 1 г грунта, численно равным общей влажности. В песках коэффициент р может быть принят равным единице.

Различные грунты отличаются друг от друга по своим термическим свойствам, т. е. имеют различные значения коэффициентов теплопроводности, теплоемкости и коэффициента температуропроводности.

Коэффициент теплопроводности(или удельная теплопроводность) численно равен количеству тепла, проходящему в 1 ч через 1 м2 поверхности среды при градиенте температур в 1 град/м.


Коэффициент теплопроводности повышается с увеличением плотности и влажности грунта: сухие грунты имеют гораздо меньший коэффициент теплопроводности, чем те же грунты при полном насыщении пор водой. Однако увеличение коэффициента теплопроводности происходит лишь до определенного предела влажности, выше которого наблюдается понижение коэффициента теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности убывает с увеличением температуры; для влажных грунтов эта зависимость становится более заметной с увеличением их влажности, так как коэффициент теплоемкости воды возрастает с увеличением температуры. Коэффициент теплопроводности мелких речных мерзлых песков всегда больше, чем талых; это соотношение коэффициентов остается почти постоянным с изменением влажности

Теплоемкость — это отношение количества тепла, поглощенного телом при повышении температуры, к разности температур.

Удельная теплоемкость С — теплоемкость, отнесенная к единице массы.

Теплоемкость грунтов изменяется в пределах от 0,15 до 0,5 ккал-кг-град-1 и увеличивается с возрастанием влажности. Теплоемкость можно определить по формуле

Коэффициент температуропроводности а является комплексным параметром, связанным с теплопроводностью вещества X, его плотностью р и теплоемкостью С, т. е.

Этот коэффициент выражает изменение температуры единицы объема среды за единицу времени.

Температуропроводность с увеличением плотности грунта уменьшается. С повышением влажности грунта наблюдается увеличение температуропроводности до некоторого предела, при дальнейшем повышении влажности температуропроводность понижается вследствие увеличения теплоемкости.

В связи с уменьшением теплопроводности и увеличением теплоемкости при повышении температуры температуропроводность уменьшается. Температуропроводность зависит от слоистости грунта (в направлении, перпендикулярном напластованию, температуропроводность меньше, чем вдоль напластования).

Теплофизические коэффициенты X, С и а мелкозернистых песков, употребляемых в гидромеханизации, могут быть определены по графику Н. В. Золотарева (рис. 168).

Основы теплофизических расчетов зимней гидромеханизации. При намыве сообщений в зимних условиях приходится сталкиваться с явлениями промерзания грунта (при воздействии отрицательных температур на только что намытую поверхность) и оттаивания ранее намытого и замерзшего грунта (при намыве на этот грунт или при наступлении положительных температур). .

При разработке грунта гидромониторным способом происходит замерзание грунта карьера и промерзание трубопроводов при гидротранспорте. Во всех случаях наблюдается переход некоторого количества тепла из одной части пространства в другую. Совокупность таких явлений охватывается понятием теплообмена. Перенос тепла может осуществляться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. При зимних работах методом гидромеханизации перенос тепла излучением не происходит.

Распространение тепловых полей в телах зависит от их геометрической формы, размеров и термических свойств материала.

Изучение распространения теплового поля в средах с различными тепловыми свойствами сводится к решению следующего дифференциального уравнения теплопроводности:



1. Методы, в которых граница промерзания (или оттаивания) определяется зависимостью


Приведенные формулы позволяют определять глубину и время промерзания (или оттаивания карьеров, боковых откосов плотин и пр.). Для расчета глубины и времени оттаивания мерзлого основания и замерзших намывных грунтов на карте в процессе намыва пока еще не существует удовлетворительных формул. Н. В. Золотаревым для случая оттаивания замерзшего грунта потоком гидросмеси и намытым грунтом (без учета конвективных потоков) было предложено выражение


По всм видам работ, проводимым на объектах гидромеханизации в зимнее время, существуют инструкции и принятые к руководству положения.

Гидромеханизация. Учебное пособие для вузов. А. П. Юфин. Изд. 2-е, перераб и доп М., Стройиздат, 1974, 223 с.

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики