Метод розрахунку глибини промерзання.

На основі наведених вище питань з термодинаміки дорожнього одягу і земляного полотна рекомендується приблизний метод розрахунку глибини промерзання, заснований на слідуючих положеннях

­ Глибина промерзання характеризується проникненням в грунт певної ізотерми t.

­ Температури приземного повітря t_пов. і грунту t_г на глибині Н сезонно змінюються. За період Т (декада, місяць) ці температури приймаються осередненими, а потік тепла стаціонарними.

­ Дорожня конструкція приймається неоднорідною за товщиною і на поверхні має любу теплоізоляцію у вигляді снігу, утеплювача та ін.

Суть методу зводиться до розрахунку глибини з ізотермою t грунту в шарі Н полотна або Н' узбіччя і відкритого поля (рис.3.8).

Згідно рівнянню (3.22) загальний тепловий опір для дорожньої конструкції дорівнює

, (4.33)

для грунту відкритого поля й узбіч

, (4.34)

де λ_м, λ_т - коефіцієнт теплопровідності відповідно мерзлого і поталого грунту;

h - глибина промерзання.

Маючи на увазі рівняння (4.33) і (4.34), на основі виразу (4.32) пишемо вираз для температури промерзання:

; (4.35)

. (4.36)

Після перетворення остаточно одержимо:

глибина промерзання дорожньої конструкції h, м

; (4.37)

глибина промерзання узбіч і відкритого поля

. (4.38)

Рисунок 4.9 - Схема до розрахунку глибини промерзання: а) - дорожньої конструкції; б) - узбіччя і відкритого поля; 1 -сніг; 2 - мерзлий грунт; 3- поталий грунт.

Якщо на проїзній частини в окремі місяці є сніг то в рівняння (4.36) замість про необхідно підставити ;

Температури промерзання грунту t можуть бути прийняті за даними М.H. Гольдштейна: для піску і супіску 0⁰ ; для легких суглинків -0,3⁰ ; для важких суглинків і глин від -0,6⁰ 1 до -1,0⁰ .

Для розрахунку глибини промерзання необхідні такі вихідні дані:

­ середні температури повітря t_пов. і грунтуt_г на глибині H' = 3,2 м за 5, 10 або 30 діб холодного періоду, швидкості вітру і товщини снігового покрову; ці дані приймаються по кліматологічних довідниках або зі спостережень метеостанцій;

­ товщини і характеристики шарів одягу і грунтові умови; по таблицях приймаються коефіцієнти теплопровідності матеріалів і грунту в поталому і мерзлому стані.

Значення коефіцієнта теплопровідності грунту в мерзлому стані В.H. Сизов рекомендує обчисляти по формулі

λ_м= λ_т+0,02(Wδ-10), (4.39)|

де W-вологість грунту, %;

δ - щільність,г/см³.

При розрахунках водно-теплового режиму одягів і полотна в деяких випадках доцільно застосування рівнянь, отриманих з умов сталої дифузії пару. Рівняння (3.11) за аналогією з рівнянням (3.32) прийме такий вид:

, (4.40)

де р_пов. - пружність пару приземного повітря, мм рт. ст.;

р_од. - пружність пару дорожньої конструкції на нижній межі;

r - загальний опір дифузії водяного пари,

, (4.41)

r_n - опір переходу пару від поверхні дорожнього покриття до повітряного середовища. У першому наближенні приймається при відсутності вітру 0,2 і при наявності вітру 0,1;

-сумарний опір паропроникливості вищерозміщених шарів дорожньої конструкції.

Викладені методи розрахунку водно-теплового режиму дорожніх одягів і земляного полотна засновані на умовах нестаціонарного і стаціонарного тепло- і вологообміну. Методи розрахунку водно-теплового режиму при стаціонарних умовах є наближеними, оскільки в дійсності є коливання температури приземного повітря і грунту t_г. Проте в ряду випадків із точністю, припустимій в практичних розрахунках представляється можливим використовувати ці методи, а саме, для проектування заходів, що регулюють водно-тепловий режим.

ІІ частина