Расчетно-теоретическое обоснование проектирования и строительства сооружений в условиях промерзающих пучинистых грунтов

• Автор: Кудрявцев, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.23.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 344 с. : ил.

Введение.
Глава 1.Анализ основных направлений исследования процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания грунтов

1.1. Существующие теории процесса промерзания грунтов основания сооружений

1.2. Существующие теории миграции грунтовой влаги в процессе промерзания.

1.3. Существующие теории процесса морозного пучения грунтов.

1.4 Особенности процесса оттаивания мерзлых грунтов.

1.5. Выводы по главе 1

Глава 2. Анализ деформаций сооружений в результате воздействия морозного пучения и оттаивания грунта
2.1. Оценка процесса промерзания и оттаивания пучинистых грунтов основания малонагруженных сооружений

2.2. Деформации зданий и сооружений на пучинистых грунтах

2.3. Оценка состояния земляного полотна Восточного полигона

железных дорог
2.4. Выводы по главе
Глава 3. Методологическое обоснование численного моделирования процесса
промерзания, морозного пучения и оттаивания грунтов
3.1.Предпосылки к построению модели теллофизических задач методом конечных элементов МКЭ.
3.2. Математическая модель теплофизических процессов с учетом фазовых
переходов воды в интервале отрицательных температур
3.3. Определение влажности мерзлого грунта первоначально находящейся в порах за счет незамерзшей воды при промерзании
3.4. Определение влажности мерзлого грунта за счет интенсивности миграционного подтока влаги.
3.5. Интерполяционные функции.
3.6. Итерационная схема решения уравнений.
3.7. Численное моделирование процессов морозного пучения в сезоннопромерзающих грунтах
3.8. Численное моделирование процессов оттаивания промороженных грунтов.
3.9. Выводы по главе
Глава 4. Расчеты процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания
4.1. Промерзание столбика грунта сверху.
4.2. Промерзание столбика фунта сверху и снизу
4.3. Распределение температуры в столбике фунта.
4.4. Анализ процесса промерзания и оттаивания.
4.4.1. Расчет фронта оттаивания во времени
4.4.2. Расчет фронта промерзания во времени.
4.5. Геотермический конечноэлементный анализ процесса оттаивания фунтов
4.6. Анализ процесса оттаивания вечномерзлых фунтов под теплым зданием.
4.7. Анализ процесса промерзания фунта вокруг трубы.
4.8. Оценка деформаций фунтов, связанных с промерзанием и оттаиванием.
4.9.Исследование нормальных сил пучения.
4. Ю.Работа анкерных фундаментов в пучинистых фунтах
4Выводы по главе
Глава 5. Примеры расчета процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания
5.1. Натурные и численные исследования процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания.
5.2. Пространственные теплофизические расчеты длительно эксплуатируемого здания в условиях глубокого сезонного промерзания
5.3.Исследования процесса промерзания и морозного пучения фунта в условиях мифации влаги.
5.4. Численное моделирование процесса морозного пучения грунтов свайных фундаментов
5.5. Пространственные теплофизические расчеты процесса промерзания в процессе строительства у существующего здания Ленифадского зоопарка.
5.6. Пространственные теплофизические исследования распределения температурных полей в насыпи км ПК 6 и ПК 7 Забайкальской железной дороги на перегоне ГорелыйИмачи.
5.7.Исследование процесса морозного пучения и оттаивания участка насыпи Забайкальской железной дороги
5.8. Исследование эффективности устройства теплоизоляции грунтов для снижения процесса морозного пучения и оттаивания участка выемки железной дороги Забайкалья.
5.9. Исследование процесса морозного пучения и оттаивания участка земляного полотна Сахалинской железной дороги.
5 Пространственная задача деформаций массива.
. Расчет деформаций морозного пучения здания холодильника в г.Бикин Хабаровского края
. Расчет деформаций морозного пучения здания холодильника в
г. СанктПетербург.
5Выводы по главе 5.
Основные выводы
Список литературы


Формула Далматова позволяет рассчитывать промерзание грунта с поверхности, которое обусловливается главным образом отрицательными температурами воздуха. СНиП 2 нормативную глубину сезонного промерзания грунта предлагает принимать равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов по данным наблюдений за период не менее лет на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов. Методы расчеты глубин сезонного протаивания отработаны в меньшей степени, чем методы расчета глубин сезонного промерзания. В летний период, в отличие от зимнего, на поверхности грунта нет снежного покрова с переменным во времени термическим сопротивлением, что облегчает расчеты глубин сезонного протаивания. Однако при этом необходимо учитывать дополнительные факторы, которыми можно было пренебречь при расчетах глубины сезонного промерзания. Так, глубина сезонного протаивания зависит от инфильтрации талых и дождевых вод, от процессов испарения в толще грун
1. К тому же температура поверхности грунта летом отличается от температуры воздуха и возникает необходимость учета радиационных процессов. К сожалению, расчет глубины сезонного протаивания с учетом теплового взаимодействия грунтов с атмосферой очень сложен. Чтобы упростить задачу, исследователи ограничиваются решением системы дифференциальных уравнений, описывающих распространение тепла в талой и мерзлой зонах с условием уравнения баланса на границе промерзания и оттаивания грунта. В. Т. Балобаев определил температурные функции в трехслойной среде воздухталый грунтмерзлый грунт и из условия теплового баланса на границе талой и мерзлой зон получил приближенное аналитическое выражение для определения глубины сезонного протаивания промерзания грунта. Однако это решение сложно применять в инженерной практике, так как глубина протаивания промерзания зависит от коэффициента турбулентного обмена, методы определения которого, не отработаны. В. В. Докучаев рекомендует рассчитывать глубину протаивания по модифицированной формуле В. С. Лукьянова. Установление зависимости прочностных свойств мерзлых пород от температуры и использование ее в инженерном строительстве в условиях глубокого сезонного промерзания обусловили необходимость выполнения предпостроечных геотермических измерений на проектируемых к строительству площадках. Такие измерения стали массовыми. Глубина их ограничивается слоем годовых колебаний температуры или м. Основные закономер
1. К коэффициент теплопроводности талого грунта у влажность грунта удельный вес грунта теплоемкость талого фунта. В. А. Кудрявцевым , Б. И. Далматов , В. Д. Карловым и др. Математические модели позволяют схематически и дешевле исследовать процессы промерзанияоттаивания и формирования температуры поверхностного слоя. Но степень их соответствия реальной обстановке разная, в зависимости от качества определения теплофизических показателей грунтов и граничных условий часто не слишком хорошая, поэтому их применение до сих пор весьма ограничено. Балобаев В. Т. и др, , Минкин М. А. и др. Фельдман Г. М. и др. Существует большое количество методов расчетов промерзанияоттаивания грунтов как аналитических, так и численных, и сейчас здесь серьезных проблем нет. Следует признать, что достаточно точные методы в этой области пока не разработаны. В практике геотермических измерений доминируют непосредственные измерения температуры грунтов оснований. Последние годы изучение мерзлых грунтов у нас в стране характерно теми же направлениями, которые были указаны выше. Появилось большое количество не только экспериментальных, но и теоретических работ. Предложены математические модели и методы расчета напряженнодеформированного и термовлажностного состояний при внешнем воздействии и годовом цикле изменения температуры среды Кульчицкий В. А. и др. Наконец, нужно отметить самую близкую связь механики мерзлых грунтов с другими науками физикой поверхностных явлений, термодинамикой и др. Незамерзшая вода в мерзлых грунтах относится к физически связанной, т.