102
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2012
УДК 551.34
А.В. Гласко, А.М. Калмыков, И.В. Мещерин,
А.А. Федотов, П.В. Храпов
ЗАМОРАЖИВАНИЕ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ
ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
В КРИОЛИТОЗОНЕ С ПОМОЩЬЮ
ВЕРТИКАЛЬНЫХ ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРОВ
Представлена и исследована математическая модель заморажи-
вания грунтов оснований геотехнических объектов в криолито-
зоне с помощью вертикальных термостабилизаторов. Показана
эффективность такого способа замораживания.
E-mail:
petronyi@mail.ru
,
le-tail@list.ru
,
pkhrapov@mail.ru
Ключевые слова:
уравнение теплопроводности, тепловой поток, фа-
зовый переход, криолитозона, термостабилизатор.
Одним из основных факторов, определяющих прочность и устой-
чивость зданий и сооружений в криолитозоне, является динамика
температурного поля грунтов под их основаниями. Тепловое воздей-
ствие отапливаемого здания на вечномерзлый грунт ведет к таянию и
осадке грунта. Если осадка произошла в летний период, то при по-
следующем замерзании возникнет пучение грунта. Осадка, пучение, а
в еще большей степени периодические пучение и осадка представля-
ют собой опасные криогенные процессы, приводящие здание к ава-
рийной ситуации. Другие примеры опасных криогенных процессов:
образование морозобойных трещин, возникающих при резком пони-
жении температуры грунта; образование наледей, обусловленное
различной глубиной промерзания грунта под зданием и на открытой
поверхности, солифлюкция — сползание склона в результате перио-
дического процесса промерзания и оттаивания грунта (подразумева-
ется, что здание или сооружение построено на склоне). Все эти опас-
ные процессы определяются динамикой температуры грунтов под их
основаниями. Поэтому одним из способов поддержания эксплуата-
ционных свойств зданий и сооружений в районах распространения
многолетнемерзлых пород является замораживание находящихся под
ними грунтов.
Постановка задачи.
Динамика температуры грунтов под осно-
ваниями описывается уравнением теплопроводности [1]
[
]
*
(
)
( , , , ),
u
u
u
u
c Q u u
s x y z t
t
x x y y z
z
ρ
δ
λ
λ
λ
∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
⎛
⎞
⎛
⎞
⎛
⎞
+ −
=
+
+
+
⎜
⎟
⎜
⎟
⎜
⎟
∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
⎝
⎠
⎝
⎠
⎝
⎠
(1)
где
,
c
,
ρ
λ
—
удельная теплоемкость, плотность и теплопровод-
ность грунта соответственно;
Q
—
теплота фазового перехода;