Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Реферат - Водно-тепловой режим земляного полотна - файл 1.docx


Реферат - Водно-тепловой режим земляного полотна
скачать (34.3 kb.)

Доступные файлы (1):

1.docx35kb.26.11.2011 07:05скачать


1.docx

Известно, что при промерзании увлажненных глинистых грунтов происходит увеличение объема грунта, что вызывается замерзанием и расширением воды. При оттаивании таких грунтов наблюдается их разуплотнение. Отсюда, пучение при промерзании и просадки при оттаивании.
При эксплуатации пути в районах с сезонным промерзанием-оттаиванием подшпального основания наблюдаются пять стадий водно-теплового режима земляного полотна (в течении года). I стадия - начальная, связанная с осенним периодом увлажнения. Вследствие инфильтрации гравитационной воды влажность земляного полотна может повыситься относительно летних значений и достигнуть 0,7WL (WL -граница текучести грунта). Стадия продолжается до установления температуры воздуха -3...-5 градусов.
II стадия - зимнее накопление. Опускается граница промерзания, вызывая подтягивание влаги из талого слоя грунта в зону промерзания. Влажность возрастает до 0,85WL.
III стадия - равновесное состояние влаги в земляном полотне. Глубина промерзания и величина пучения достигают максимума. Влажность почти не меняется.
IY стадия насыщения. Сходит снеговой покров, наблюдается резкий подъем грунтовых вод. По мере 

оттаивания снижается морозное пучение, происходит весенняя осадка. Появляется избыток свободной воды, которая под воздействием поездов отжимается на основную площадку земляного полотна. Грунты основной площадки переувлажняются и снижают свою прочность. Влажность грунтов достигает 0,9WL.
Y стадия - восстановление летнего режима.
Для усиления подшпального основания в этих условиях традиционно применяют подъемку пути на балласт, а также замену пучинистых грунтов дренирующими (балластными материалами).
В условиях постоянно возрастающей интенсивности и скоростей движения автомобилей, для увеличения сроков службы автомобильных дорог необходим учёт не только региональных природно-климатических факторов, но и конкретных условий нахождения дороги.
Общеизвестно, что одним из путей удешевления дорожного строительства является более широкое использование местных строительных материалов, в частности грунтов. При этом особо важное значение приобретает совершенствование методов проектирования с всесторонним учётом и использованием природных факторов, влияющих на устойчивость дороги.
В Нижегородской области в зависимости от рельефных, грунтовых и климатических условий, наличия дорожно-строительных материалов и т.п., находят применение разнообразные конструкции земляного полотна и дорожных одежд. Опыт эксплуатации таких дорог в Нижегородской области показывает, что в местах, где автомобильная дорога проходит по широкой, хорошо продуваемой ветром и освещаемой солнцем просеки, дорога находится в хорошем состоянии круглогодично. А в тех местах, где просека мала, в весенне-осенние периоды дорога подвержена деформациям. Замечено, что лесная растительность оказывает существенное влияние на метеорологическую обстановку местности, занятой лесом. Наблюдениями установлено, что в летнее время дневная температура воздуха в лесу ниже, чем в открытом поле. Сказывается это и на некотором пространстве, прилегающем к лесу [2,5]. Установлено также, что разница эта увеличивается по мере усложнения состава и формы древостоев с повышением среднедневной температуры воздуха [5]. На разность температур в лесу и на поляне влияет размер поляны, а её уменьшение вызывает сокращение разницы [6]. Неодинакова температура воздуха и по вертикали. Наиболее низкая температура воздуха наблюдается на высоте 5см, выше температура постепенно повышается [5].


Относительная влажность воздуха в поле обычно ниже, чем в лесу. Объясняется это тем, что ослабленное движение воздуха под пологом леса способствует сохранению здесь водяного пара [2].
Решающим фактором обеспечения эффективности работы автомобильной дороги является учёт параметров просеки на водно-тепловой режим земляного полотна.
Для расчёта дорожных одежд используются в качестве исходных данные о модуле упругости (EУ), угол внутреннего трения (φ) и величине сцепления (С), а так как указанные характеристики грунтов зависят от влажности (W) и плотности грунта (ρ) их назначение должно производиться по расчётной влажности (WР) [4], на основе экспериментально установленных зависимостей.
(1)
Несоблюдение этого приводит к преждевременному разрушению дорог, высокой себестоимости перевозок.
Благодаря работам И.А. Золотаря, Н.А. Пузакова, В.М. Сиденко и другим исследователям изучена физическая сущность и разработаны методы расчёта водно-теплового режима грунтов земляного полотна автомобильных дорог.
Водно-тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог формируется под воздействием природно-климатических условий местности. Относительная влажность грунтов земляного полотна, характеризующая водно-тепловой режим, также зависит от природно-климатических условий. Следовательно, для получения достоверных данных о расчётных характеристиках грунта земляного полотна необходимы не менее достоверные сведения о величине расчётной влажности (WР), которые можно получить лишь при тщательном учёте влияния природно-климатических условий.
Определение расчётной влажности возможно на основе теории вероятностей [4], что требует длительных наблюдений за влажность грунтов земляного полотна. Отсутствие для районов Нижегородской области данных об изменении влажности грунтов земляного полотна автомобильных дорог за многолетний период исключает возможность применения этого метода. Тем не менее прогнозирование расчётной влажности возможно. Влажность грунта земляного полотна определяется условиями увлажнения, которые могут быть представлены в виде трёх расчётных схем [3]:
I. Увлажнение земляного полотна снизу, от уровня надмерзлотных вод через водонасыщенную талую 

прослойку грунта основания.
II. Увлажнение земляного полотна сверху (атмосферные осадки).
III. Увлажнение от обоих источников.
Основной задачей расчёта водно-тепловых процессов является прогнозирование, прежде всего расчётной влажности грунта. В свою очередь для прогнозирования расчётной влажности необходимо определение продолжительности периода осеннего влагонакопления.
Существующие методы прогноза влажности грунтовых оснований в основном базируются на анализе уравнения водного баланса:
(2)
где r – сумма осадков за рассматриваемый отрезок времени;
qC, qU, qВ – соответственно сток, испарение и впитывание влаги для единичной поверхности.
При qU=0 уравнение (2) принимает вид [4]:
(3)


где qЗ – объём влаги, скапливающейся в неровностях при отсутствии стока.
Инфильтрация дождевых осадков вызывает увеличение влажности грунтов земляного полотна. При этом
>0 (4)
Уравнение выражает условие, определяющее начало периода влагонакопления, обусловленного увлажнением от поверхности вод. Справедливо оно и при увлажнении земляного полотна от уровня грунтовых или надмерзлотных вод [4].
На просеке автомобильной дороги, кроме потери влаги за счёт испарения, наблюдается потеря и за счёт жизнедеятельности деревьев. При малой ширине просеки потеря влаги грунтом за счёт деятельности деревьев распространится и на просеку. С возрастанием её ширины влияние деревьев практически уже не сказывается. Поэтому в расчётах можно учитывать потерю влаги лишь за счёт испарения.
Конец периода осеннего влагонакопления определяется по дате наступления среднесуточной температуры 0ºC. Зная продолжительность осеннего влагонакопления, можно найти и расчётную влажность грунта [1,4].


Основываясь на положениях теории турбулентной диффузии, профессор И.А. Золотарь предлагает метод расчёта среднемесячного испарения с грунтовой поверхности. При этом в качестве исходных данных используются метеоданные: скорость ветра, температура, влажность воздуха, облачность.
Облачность является единственным источником затенения для открытого поля. Из метеорологии известно, что облачность влияет на величину радиационного баланса, температуру и влажность воздуха. В условиях просеки автомобильной дороги, кроме облачности, появляется и второй источник затенения – затенение от стены леса. Это затенение также влияет на перечисленные факторы. По своему воздействию затенение просеки от стены леса практически аналогично облачности и показывает степень покрытия тенью данной просеки.
Роль ветра, содействующего изменению температуры и влажности воздуха в лесу, а, следовательно, и испарению, весьма велика. Поэтому изучение влияния леса на силу и направление ветра весьма важно.
Проведённые ранее данные позволяют утверждать, что используемые метеоданные зависят от параметров просеки. Поэтому использование предложенного И.А. Золотарём метода расчёта испарения возможно лишь при учёте влияния параметров просеки на изменение 

метеоданных.
Следовательно, на основе вышесказанного можно сделать выводы:
1. В районах, где автомобильная дорога проходит по лесным массивам, водно-тепловой режим изучен недостаточно.
2. Для определения расчётных характеристик грунтов земляного полотна автомобильных дорог необходимо знание расчётной влажности. Увеличивается общее затенение на просеке. Это в свою очередь способствует понижению температуры воздуха, повышению влажности воздуха. Изменяется величина радиационного баланса и скорость ветра на просеке.
3. При учёте этих изменений по предлагаемым зависимостям представляется возможным применить методику, разработанную профессором И.А. Золотарём для определения влагонакопления и расчётной влажности.
4. Реализация этого позволит в конечном итоге разрабатывать конструкции дорожных одежд и земляного полотна, более полно отвечающих условиям эксплуатации.


Плотность грунта, его водно-физические и криогенные свойства
Вопрос о влиянии плотности на капиллярное поднятие изучался многими учеными [9, 10, 20]. Общий результат исследований сводится к тому, что повышение плотности при заданной влажности замедляет поднятие капиллярной воды вплоть до практического прекращения движения воды в этой форме.
Водопроницаемость в зависимости от плотности глинистых грунтов изучалась как гидротехниками, так и дорожниками, установившими, что при повышении плотности она может быть существенно снижена (вплоть до нуля).
Способность грунта впитывать воду в зависимости от плотности изучена В.И. Рувинским, показавшим, что увеличение плотности ведет к снижению впитывающей способности [9].
Зависимость пучинистости грунта при промерзании от его плотности подробно изучалась всеми специалистам, занимавшимися проблемами регулирования водно-теплового режима земляного полотна [9, 10, 17]. Ими установлена следующая общая закономерность: повышение плотности ведет в целом к уменьшению морозного пучения грунта 

вследствие снижения миграции влаги в промерзающем грунте, т.е. уменьшению в принципе степени разуплотнения грунта при промерзании-оттаивании. Вместе с тем отмечается, что величина разуплотнения при морозном пучении зависит от исходной плотности грунта, причем эта зависимость может иметь экстремум при некоторой плотности.
Наряду с отмеченным, важной закономерностью является то, что пучинистость грунта при промерзании определяется исходной влажностью и условиями подтока воды в зону промерзания (закрытая или открытая система), т.е. зависит не только от свойств грунта, но и от конструкции земляного полотна. Миграция воды в зоне промерзания имеет пленочный механизм. Ее максимум для данного грунта достигается при максимальной толщине пленок, что имеет место при влажности, близкой к максимальной молекулярной влагоемкости. Дальнейшее увеличение влажности грунта не приводит к существенному повышению пучинистости при промерзании.
Вместе с тем уменьшение исходной влажности грунта при промерзании в целом снижает его пучинистость, величина которой определяется в этом случае разностью фактической влажности и 

влажности, соответствующей незамерзающей пленочной влаге. Последняя зависит от значения отрицательной температуры: чем оно ниже, тем меньше в грунте незамерзшей влаги. Процесс миграции воды в зону промерзания определяется пленочно-капиллярным механизмом и связан с режимом (скоростью) промерзания. Таким образом, величина пучинистости грунта зависит не только от плотности грунта, но и от его влажности, условий притока капиллярной воды и режима промерзания.
Как видим, механизм морозного пучения достаточно сложен, вследствие чего величина пучения определяется не только плотностью фунта, но и рядом других факторов.
Плотность и набухаемость грунта при увлажнении. Набухание грунта при увлажнении - процесс увеличения его объема за счет разуплотнения скелета, вызванного утолщением пленок связанной воды [12].
Набухание может происходить только при влажности меньше так называемой влажности на границе усадки. Понижение влажности уплотняемого грунта ниже границы усадки приводит к разуплотнению грунта в случае его последующего увлажнения. Это происходит тем медленнее, чем больше плотность грунта, но в любом случае 

плотность грунта со временем при набухании достигает величины, соответствующей его влажности на границе усадки.



Список литературы
1. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд / Под ред. проф. И.А. Золоторя, Н.А. Пузакова, В.М. Сиденко. – М.: Изд-во «Транспорт», 1971.

2. Золотарь И.А. Прогноз влажности грунта земляного полотна в целях назначения его прочностных характеристик // Материалы всесоюзной межвузовской научно-технической конференции по прочности дорожных одежд. - Изд-во ХГУ, 1969.

3. Константинов А.Р. Обоснование методики расчёта испарения по данным метеорологических станций // Труды ГГИ. - Л.: Гидрометеоиздат, 1956. - Вып. 54/108.

4. Константинов А.Р. Исследование режима испарения с сельскохозяйственных полей // Труды ГГИ. – Л.: Гидрометеоиздат, 1961. - Вып. 91.

5. Рувинский В.Н. Учёт увлажнения земляного полотна поверхностными водами при проектировании дорожной конструкции II-III дорожно-климатических зонах // Материалы V Всесоюзного научно-технического совещания по основным проблемам тех. прогресса в дорожном строительстве. - СбП. - М., 1971.

Маевский А.П., Самбаров Н.Н. К выбору ширины просеки временной грунтовой дороги // Транспортное строительство. – 1976. - № 9.


Скачать файл (34.3 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации