Глубина промерзания грунтов важнейший фактор водно-теплового режима земляного полотна

первой группе относятся факторы зонального характера (рельеф местности, тип грунта и др.), величина которых почти не изменяется во времени. Во вторую группу входят факторы, существенно изменяющиеся во времени. К ним относятся: сумма отрицательной температуры воздуха, продолжительность и интенсивность действия отрицательной температуры, высота снежного покрова, залегание уровня грунтовых вод, влажность грунта и др. Указанные факторы не только трудно определяемые, но некоторые из них не поддаются учету, поэтому и результаты, полученные предлагаемыми способами, различные (таблица 2). Из таблицы 2видно, что глубина промерзания, определенная по формулам для одной и той же местности (г. Минск), для одного и того же типа грунта, неодинакова, а колеблется в широких пределах. Разность между максимальной и минимальной глубинами промерзания составляет более 50 %. Это можно объяснить тем, что формулы учитывают действие не всех, а только некоторых факторов. Учесть существенное влияние большого числа факторов на глубину промерзания, по мнению авторов, можно, используя методы математической статистики для обработки данных натурных наблюдений. Обоснование и выбор метода определения глубины промерзания грунтов Из анализа работ по определению глубины промерзания грунтов следует, что она в основном зависит от климатических, гидрологических, грунтовых и других природных условий, которые варьируются в широких пределах, поэтому и глубина промерзания не остается постоянной, а изменяется из года в год. В связи с этим, авторы считают, что глубину промерзания грунтов можно рассматривать как случайную величину, и для ее определения применять вероятностные методы. Применение теории вероятностей к определению глубины промерзания грунтов основано на известной центральной предельной теореме теории вероятностей [8, 9]. Исследованиями авторов статьи установлено, что глубина промерзания грунтов подчиняется нормальному закону распределения, который вполне может быть применен для ее определения. С помощью кривых распределения (обеспеченности) можно определить глубину промерзания грунтов любой заданной обеспеченности в пределах данного периода наблюдений. В практике ряды наблюдений (на метеорологических станциях) за глубиной промерзания грунтов бывают короткими и не дают возможности построить надежную кривую распределения (для Беларуси ряды наблюдений составляют 20–30 лет). В связи с этим, разными авторами разработаны теоретические кривые распределения, с помощью которых можно определить величину редкой повторяемости, выходящую за пределы ряда наблюдений. К ним относят: биноминальную кривую распределения С. И. Рыбкина, трехпараметрическое Г-распределение С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля и двойноеСравнительные данные фактических глубин промерзания грунтов и теоретических, определенных по указанным кривым распределения, приведены в таблице 2. ТАБЛИЦА 2. СРАВНЕНИЕ ФАКТИЧЕСКОЙ МАКСИМАЛЬНОЙ ГЛУБИНЫ ПРОМЕРЗАНИЯ С ГЛУБИНОЙ ПРОМЕРЗАНИЯ, ОПРЕДЕЛЕННОЙ ПО ТРЕМ ТИПАМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ Процент обеспеченности Фактическая глубина промерзания, см Глубина промерзания грунтов, см, при типах распределения Биноминальное С. И. Рыбкина (Cs = 2Cv) Трехпараметрическое Г-распределение С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля Двойное экспоненциальное Э. Гумбеля 1 – 152 149 179 3 – 132 132 150 5 139 123 122 136 10 118 110 109 118 20 91 94 95 98 50 65 69 70 68 99 – 24 23 19 Таким образом, данные таблицы 2 подтверждают, что для определения глубины промерзания грунтов могут быть использованы указанные типы распределений и применены методы математической статистики. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТОВ СТАТИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ Методика определения глубины промерзания грунтов статистическим методом заключается в обработке статистических данных по глубине промерзания грунтов, которые систематически ведутся на метеостанциях. Полученные наблюдения за глубиной промерзания на метеостанциях в обобщенном виде учитывают все факторы, влияющее на промерзание грунтов. В зависимости от наличия фактических данных о глубине промерзания может быть два случая, а, следовательно, и два разных подхода к определению глубины промерзания грунтов заданной обеспеченности [4, 10]. Первый случай – данные наблюдений за глубиной промерзания грунта имеются, то есть в данном конкретном районе проводились наблюдения за глубиной промерзания не менее чем 10 лет. Второй случай – данные наблюдений за глубиной промерзания в данном районе отсутствуют (наиболее распространенный случай в дорожном строительстве). Определение расчетной глубины промерзания грунтов при наличии данных многолетних наблюдений Порядок расчета глубины промерзания грунтов при наличии многолетних данных будет следующим. 1. При наличии данных наблюдений за глубиной промерзания грунтов, проводимых на метеостанциях, составляется статистический ряд максимальных глубин промерзания грунтов за каждый год в убывающем порядке. 2. Вычисляется средняя арифметическая величина ряда, то есть средняя глубина промерзания, по формуле  (3) где Zi – суммарная глубина промерзания грунта за n лет; n – число лет наблюдений. 3. Определяют модульные коэффициенты для каждого года наблюдения:  (4) где Zi – глубина промерзания грунта i-го года. 4. Определяют коэффициент вариации Cv по формуле  (5) 5. Вычисляют коэффициент асимметрии Cs (если число лет наблюдений более 50) по формуле  (6) Если число лет наблюдений менее 50, тогда:  (7) 6. По вычисленным коэффициентам вариации Cv и асимметрии Cs и при заданном проценте обеспеченности по таблицам С. И. Рыбкина (биноминальная кривая распределения) при Cs = 2Cv или С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля (трехпараметрическое Г-распределение) при Cs  2Cvопределяется модульный коэффициент ks. Для двойного экспоненциального распределения модульный коэффициент ks определяется по формуле  (8) где y – действительное отклонение, то есть обратная функция y = ln(-ln), значение это приведено в таблице IX Н. В. Смирнова и Дунина-Барковского [11]; yn, n – среднее и стандартное отклонения; находятся в зависимости от числа лет наблюдений [11]. Модульный коэффициент ks может быть определен по номограмме рис. 5, построенной авторами статьи. Рис. 5. Номограмма для определения модульного коэффициента ks 7. Максимальная глубина промерзания грунта под снежным покровом заданной обеспеченности определяется по формуле  (9) 8. Максимальная глубина промерзания грунта земляного полотна заданной обеспеченности определяется из выражения  (10) где kп– коэффициент перехода от глубины промерзания грунта под снегом к глубине промерзания его без снега. Заданную обеспеченность для дорог общего пользования рекомендуется принимать для дорог категорий: I – 1 %; II – 2 %; III – 5 %; IV – 10 %; V – 20 %. Коэффициент перехода kп – принимать соответственно для категорий: I – kп = 2,00; II – kп = 1,90; III – kп = 1,80; IV – kп = 1,75; V – kп = 1,70. Определение глубины промерзания грунтов по второму способу В основу этого метода положены карты изолиний средней максимальной глубины промерзания грунтов и коэффициента вариации (рис. 6 и 7), которые составлены для Республики Беларусь и Европейской части СНГ. Порядок расчета следующий. 1. По карте изолиний (см. рис. 6) находят средняя максимальная глубина промерзания грунта под снегом Zср, а по карте изолиний (см. рис. 7) – коэффициент вариации Cv. 2. По формуле (7) определяют коэффициент асимметрии Cs. Рис. 6. Карта изолиний средней многолетней глубины промерзания грунта Рис. 7. Карта изолиний коэффициента вариации 3. По найденным значениям Cv, Cs и заданному проценту обеспеченности подбирается соответствующий модульный коэффициент ks по таблицам С. И. Рыбкина. 4. По формуле (10) определяется глубина промерзания грунта земляного полотна Zзп заданной обеспеченности. РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ПО ГЛУБИНЕ ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТОВ Как следует из изложенного выше, глубина промерзания грунтов является одним из основных факторов водно-теплового режима. Разработанный метод определения глубины промерзания грунтов с использованием карт изолиний, то есть второй способ, позволил произвести районирование территории Республики Беларусь по глубине промерзания. В основу районирования территории республики положены грунтовые карты, разработанные академиком АН БССР П. П. Роговым, карты изолиний глубины промерзания грунтов, разработанные авторами статьи, данные о сумме отрицательных температур воздуха (сумма морозо-дней) и некоторые другие. Авторы статьи разделили территорию Республики Беларусь на три зоны по глубине промерзания грунтов (рис. 8): I-я – Юго-Западная. Граница ее с Запада – государственная граница Республики Беларусь, с Востока – граница зоны проходит по городам: Вороново – Ивье – Новогрудок – Ганцевичи – Житковичи – Лельчицы; II-я – находится между границами I-й и III-й зон; III-я – Северо-Восточная. Граница ее с Востока – государственная граница Республики Беларусь, с Запада граница проходит по городам: Шаркавщина – Глубокое – Докшицы – Борисов – Березино – Кличев – Бобруйск – Жлобин – Будо-Кошелево – Ветка. Рис. 8. Районирование Республики Беларусь по глубине промерзания грунтов I-я зона характеризуется средней многолетней глубиной промерзания грунтов в пределах 45–50 см и суммой градусо-дней мороза 500–800; II-я зона – средняя многолетняя глубина промерзания грунтов – 50–60 см и 800–1000 градусо-дней мороза; III-я зона, соответственно, 60–75 см и 1000–1300 градусо-дней мороза. Указанные границы зон (см. рис. 8) приблизительно совпадают с климатическими картами: температурой воздуха в самые холодные периоды года, с высотой снежного покрова и количеством дней его стояния, с почвенно-грунтовой картой и др. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПУЧИНООБРАЗОВАНИЯ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ Как было изложено выше, в земляном полотне автомобильных дорог протекают сложные водно-тепловые процессы. В результате в различных точках грунтового массива меняется количество влаги, состояние воды, а вместе с тем, – прочность и несущая способность дороги. Одним из наиболее ощутимых проявлений водно-тепловых процессов являются пучины (рис. 9). Пучины – следствие промерзания грунта и миграции влаги из нижних слоев в зону активного охлаждения. На интенсивность пучинообразования влияют скорость промерзания грунта активного слоя и интенсивность поступления влаги. Рис. 9. Образование донника: а – промерзание грунта под проезжей частью; б – оттаивание грунта весной. 1 – граница промерзания; 2 – ледяные линзы; 3 – мерзлый грунт; 4 – оттаявший сильно переувлажненный грунт; 5 – снег При больших морозах грунты промерзают медленно, имеется достаточно времени для подтока воды, в связи с этим идет интенсивное образование ледяных линз. При сильных морозах происходит быстрое промерзание грунта и вода не успевает перераспределиться, поэтому ледяные линзы не образуются. Для условий Беларуси средняя скорость промерзания грунтов составляет 1,3–2,1 см/сут, а оттаивания – 2,3–4,0 см/сут и зависит от типа грунта и степени его уплотнения. Так, песчаные грунты обладают малой поверхностной энергией. Они промерзают без образования ледяных линз. Пылеватые грунты обладают значительной поверхностной энергией и небольшим сопротивлением подъему воды, поэтому в них происходит интенсивное накопление влаги с образованием ледяных линз при промерзании. Глинистые грунты обладают огромной поверхностной энергией и большим сопротивлением перемещению воды в порах, поэтому скорость перемещения в них небольшая. При отрицательных температурах они не успевают промерзнуть быстрее, чем вода поднимается в активную зону. В зависимости от мощности и характера увлажнения Н. А. Пузаковым [9] для трех типов местности по степени и характеру увлажнения предложены формулы, необходимые при контроле водно-теплового режима земляного полотна. Так, для третьего типа местности по характеру и степени увлажнения, как наиболее опасной с точки зрения пучения, величина морозного пучения

Похожие:

	Методологические основы математического моделирования гидротермического... Лового режима почв для теплого полугодия. В данной работе рассмотрено формирование водно-теплового режима в холодный период года....		Российское дорожное агенство типовые решения повосстановлению несущей... Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук
	Библиография по технической мелиорации грунтов. Часть VIII. Очистка... В восьмой, завершающей, части обзора включена библиография по методам технической мелиорации грунтов, применяемым для очистки грунтов...		Рабочая программа учебной дисциплины «Механика грунтов» Целью изучения дисциплины «Механика грунтов» является получение студентами комплекса представлений и знаний о физико-механических...
	Подумайте и напишите внутришкольные факторы, негативно влияют на... Не соблюдение светового, теплового режима в классах, мебель не по размеру учащихся		Задания ...
	Задания(ответы) ...		Рабочая программа учебной дисциплины «Физико-химические основы водоподготовки» Целью дисциплины является изучение технологии очистки теплоносителя и обеспечения оптимального водно-химического режима на тэс и...
	Решение педагогического совета Наличие паспорта учебных кабинетов, актов разрешения на проведение занятий, инструкций по тб и видам деятельности, журналов инструктажей,...		Значение мелиорации в повышении продуктивности земель Мелиорация — система организационно-хозяйственных и технологических мероприятий, направленных на коренное улучшение сельскохозяйственных...
	«Механика грунтов» ...		Программа вступительного экзамена по направлению подготовки Сопротивление грунтов сдвигу. Закон Кулона для связных и несвязных грунтов. Угол внутреннего трения и удельная сила сцепления. Методы...
	Особенности теплообмена и теплового режима высокотемпературных огневых... Работа выполнена в Научно-исследовательском центре физико-технических проблем энергетики (ниц-2) Федерального государственного бюджетного...		Пост-релиз круглого стола «Тара и упаковка – важнейший фактор повышения... Информация об организации инновационной деятельности в Муниципальном бюджетном общеобразовательном учреждении средней общеобразовательной...
	Д филос н., профессор кафедры философии Экологический вызов современности ставит человечество перед необходимостью принимать своевременные меры. Все это превращает формирование...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Патриотизм – важнейший духовно-нравственный фактор сохранения общественной стабильности, независимости и безопасности государства,...