В. Маркуц 

канд. техн. наук (Ph.D.)

профессор  РАЕ 

Заслуженный работник науки и образования

FULL  MЕMBER  EUROPEAN ACADEMY  OF NATURAL HISTORY

Определение коэффициента влагопроводности грунтов 

    Известно, что прочность дорожной конструкции в зна­чительной мере обуславливается влажностью грунтов земляного полотна, а общая надежность и работоспособность зависит от того, насколько правильно определена расчетная влажность этих грунтов [1]. Для дорог общей сети эти значения установлены на основании данных многочислен­ных экспериментов на опытных и действующих участках автомобиль­ных дорог в течение многолетних наблюдений за водно-тепловым режимом земляного полотна и дорожных одежд [5]. Следует отме­тить, что такие натурные наблюдения проводились, в основном, в Европейской части СССР, на Украине, в южной зоне западной Сибири и в Средней Азии.

Поэтому при строительстве автомобильных дорог в слабо изученных районах страны, либо в случаях применения грунтов, счи­тавшихся ранее мало пригодными для целей дорожного строительства в хорошо изученных районах возникает необходимость прогнозирования расчетной влажности грунтов земляного полотна. В таких случаях используются аналитические методы расчета влажности, основанные на законах ми­грации влаги. При этом основной расчетной характеристи­кой, определяющей влагонакопление в грунтах, является величина коэффициента влагопроводности. 

Скачать полный текст Вы можете  здесь

Opred._kojeff._vlagoprov._kniga.docx
Oпределение коэффициента влагопроводности грунтов_kniga.docx

или на сайте http://markuts.wmsite.ru

В. Маркуц 

канд. техн. наук (Ph.D.)

профессор  РАЕ 

Заслуженный работник науки и образования

FULL  MЕMBER  EUROPEAN ACADEMY  OF NATURAL HISTORY

Р А С Ч Ё Т    В Л А Ж Н О С Т И    Г Р У Н Т О В 

  А К Т И В Н О Й    З О Н Ы

ТЮМЕНЬ

1985 г. 

           ©   Расчёт влажности грунтов активной зоны

В. Маркуц   2010 г.

 Все права защищены Законом Об Авторском праве и смежных правах в ред. Федеральных законов от 19.07.1995 N 110-ФЗ,  от 20.07.2004 N 72-ФЗ

Статья 48. Нарушение авторских и смежных прав: Незаконное использование произведений, изготовление одного или более экземпляров произведения  или его части в любой материальной форме, либо иное нарушение предусмотренных настоящим Законом авторского права или смежных прав влечет за собой гражданско-правовую, административную, уголовную ответственность в соответствии с законодательством Российской Федерации. (ст.146 УК РФ)

©  Маркуц Вениамин Михайлович

канд. техн. наук, диплом ТН № 098695  от 13.05.1987 г.     

 тел. 8 (3452) 43-98-86,    Е-mail: markusb@mail.ru

Оглавление

Аннотация

1. Краткий обзор методов прогнозирования влажности грунтов земляного полотна  

2. Прогноз влажности грунтов земляного полотна по методу профессора И.А.Золотаря

    2.1 Методика экспериментального определения коэффициен­та изотермического переноса влаги в ненасыщенных грунтах       

            2.1.1. Общий обзор вопроса       

            2.1.2. Уточнение методики опыта

            2.1.3. Обработка результатов эксперимента  

2.1.4. Методика обработки серии экспериментов по определению коэффициента диффузивности      

            2.1.5. Определение предельной ошибки эксперимента             

2.1.6. Определение коэффициента диффузивности по натурным данным измерения влажности грунтов земляного полотна       

 2.2. Расчёт влажности грунтов земляного полотна по методу профессора И.А.Золотаря

3. Расчёт влажности грунтов эмпирическими методами на основе регрессионного анализа

4. Расчёт и прогнозирование влажности грунтов на основе решения нелинейного уравнения теплопроводности

4.1. 06щие положения

4.2. Частное решение уравнения диффузивности

4.3. Некоторые частные решения задачи изотермического увлажнения

4.3.1 Расчёт влажности грунтов земляного полотна в расчётный период влагонакопления в условиях изотермического увлажнения

4.3.2 Расчёт и прогнозирование влажности грунтов земляного полотна во внутригодовом цикле

Основные выводы

Приложения

 приложение 1

Выбор эмпирической формулы для расчёта испаряемости

приложение 2

Фенологические  даты,  климатические характеристики местности и расчётные влажности грунтов

ЛИТЕРАТУРА

Аннотация

В книге рассмотрены такие вопросы как:

-  уточнение методики экспериментального определения коэффициен­та изотермического переноса влаги в ненасыщенных грунтах;

-  расчёт коэффициен­та диффузивности по эмпирической формуле для основных типов грунтов земляного полотна автомобильных дорог;

- расчёт  влажности грунтов земляного полотна по методу профессора И.А.Золотаря;

-  расчёт влажности грунтов эмпирическими методами на основе регрессионного анализа;

-  расчёт и прогнозирование влажности грунтов на основе решения нелинейного уравнения теплопроводности.

1. Краткий обзор методов прогнозирования влажности грунтов земляного полотна

Активной зоной называют глубину, где практически затухают напряжения от внешних нагрузок. На этой глубине величина сжатия грунтового слоя чрезвычайно мала. При z/D = 3, то есть на глубине около одного метра относительная величина вертикальных напряжений  в однородном массиве по оси z составляет σ_z/p = 0,05. Если принять, что диаметр отпечатка колеса D составляет 33 см, а удельное давление на поверхности равно p =  6 кг/см², то оказывается, что на этой глубине напряжения равны 6 * 0,05 = 0,3 кг/см² (0,03 МПа). Такую нагрузку могут выдержать грунты при влажности 0,8W_т (то есть очень влажные и слабые грунты).  При z/D = 4, то есть на глубине около 1,5 метров напряжения составляют уже  0,001 от давления на поверхности. Таким образом, величина активной зоны земляного полотна автомобильных дорог составляет в среднем 0,8 - 1,2 м.

Для оценки прочности и устойчивости земляного полотна, опре­деления межремонтных сроков и параметров мерзлотного режима необ­ходим прогноз влажности грунтов. Поскольку влажность сама по себе является феноменологической характеристикой, количественная её оценка традиционно основана на феноменологической теории тепло- и массообмена с использованием методов классической термодинамики. Развитие процессов влагона­копления рассматривается на макроскопическом уровне. Некоторые явления, например, движение влаги против градиента влажности не могут быть объяснены этой теорией. Тем не менее, в практической деятельности инженера методы, разработанные на её основе, будут применяться еще длительное время, так как обладают меньшей трудо­ёмкостью и дают сравнительно надежные результаты [24, 37, 47, 58, 86, 87, 124, 141, 144, 147].

Другим направлением является прогнозирование состояния грун­та на молекулярном уровне. При этом возникают трудности анализа микроскопической картины массообмена на фоне изменения энергетиче­ского состояния сложных дисперсных систем, какими являются грун­ты. Затруднения усугубляются отсутствием достаточно надежных кри­териев, связывающих эти процессы с феноменологическими характери­стиками макроскопических явлений. Поэтому в настоящее время ещё отсутствуют практические методы количественной оценки состояния грунтовых систем, основанные на молекулярно-кинетической теории.

Существующие методы прогнозирования влажности грунтов, осно­ванные на феноменологической теории, объединены в две большие группы; аналитическую и эмпирическую, довольно часто перемежающи­еся между собой.

Наиболее распространенными в практической деятельности явля­ются аналитические методы проф. И.А.Золотаря, С.В.Нерпина, А.Я.Тулаева, Н.А.Пузакова, В.М.Сиденко, Е.И.Шелопаева, В.И.Рувинско­го и др. [19, 23, 87, 100, 105, 127, 128]. К эмпирическим относятся методы, основанные на уравнениях связи с метеоусловиями предшест­вующего периода [15, 18]. Cтатистические методы основаны на обработке результатов многолетних наблюдений либо за влажностным режимом земляного полотна автомобильных дорог, либо влажностным режимом грунтов от­крытого поля [98, 105]. Промежуточное положение занимают мето­ды, основанные на уравнении водного баланса и гидролого-климати­ческих расчетов [28, 77, 78, 79].

Статистические методы прогнозирования, основанные на данных многолетних наблюдений, являются наиболее достоверными. Однако для получения надежных, хотя бы среднемноголетних значений изучае­мого параметра, как указывает А.А.Роде, необходимы наблюдения за период не менее чем 8-10 лет [98]. Данные, осредненные за мень­ший период, могут отличаться от среднемноголетних. Причем вероят­ность их превышения или обеспеченность установить зачастую оказы­вается затруднительным. Тем не менее, данные даже 2-х - 3-х летних наблюдений могут быть использованы для расчета основных показате­лей статистического распределения изучаемого признака и определе­ния расчетных значений его в первом приближении. На основании этого представленные на рис. 3.1 значения влажности минеральных (песчаных и супесчаных), обобщенные за период наблюдений с 1972 по 1976 годы могут быть приняты в качестве среднемноголетних.

Ограниченность применения статистических методов очевидна. Они очень трудоёмки и малоэффективны именно для целей прогнози­рования. Полученные количественные характеристики изучаемого при­знака имеют региональный характер и не могут быть экстраполиро­ваны за пределы обследованного района.

Метод проф. В.С.Мезенцева, основанный на уравнении водного баланса, свободен от указанных недостатков. Кроме того, он позволяет получать рассчитанные влажности грунтов помесячно, что является большим преимуществом. Основные его недостатки:

- невозможность послойного расчета влажности грунтов;

- невозможность учесть конструктивные параметры земляного полотна.

Предварительные расчеты для грунтов открытого поля показали удовлетворительную сходи­мость с натурными данными. Как показано ниже, сочетание этого метода с аналитическим, позволило эти недостатки нейтрализовать.

Метод Е.И.Шелопаева, ocновaнный на классических уравнениях термодинамики, учитывает явления промерзания в процессе миграции влаги, а также двумерность задачи. Система дифференциальных ура­внений нестационарного тепло- и влагообмена в земляном полотне и дорожной одежде решается численным методом. И, как полагает ав­тор, здесь более полно учитываются климатические факторы и осо­бенности дорожной конструкции. Однако существует по крайней мере два негативных фактора, ограничивающих его применение. Это: не ­наглядность конечных формул, трудность постановки задачи в каж­дом другом случае решения для простых инженеров, не говоря уже о студентах; многочисленность вводимых в расчеты трудно воспроизводимых данных, определяемых зачастую с большой погрешностью. Это обесценивает конечный результат, несмотря на "полноту решения за­дачи без упрощений и допущений" [128 ].

Метод В.И. Рувинского, базирующийся на физико-технической основе [100], позволяет решать многие задачи увлажнения грунтов земляного полотна сверху через различные материалы покрытий, что является основным достоинством этого метода. При увлажнении сни­зу от уровня грунтовых вод используется капиллярная теория мигра­ции влаги. Грунтовая система при этом представляется в виде нескольких капиллярных групп, что является, на наш взгляд, спорным, так как в грунтах нарушенной структуры, образующих земляное по­лотно, капиллярная система возникает чрезвычайно медленно. В ис­кусственных уплотненных грунтах образуются чаще всего замкнутые поровые пространства и миграция влаги в основном обусловлена пленочным механизмом. Неслучайно поэтому высота капиллярного поднятия в связных грунтах (суглинках и глинах) принимается (ус­ловно) не свыше 2-х метров, в то время как в естественных усло­виях при наличии упорядоченной капиллярной системы она достигает нескольких десятков метров. Трудность определения гидрофизических характеристик, входящих в расчётные формулы, их плохая воспроиз­водимость в опытах ограничивает возможности предлагаемого метода.

Метод проф. И.А.Золотаря позволяет учитывать конструктивные параметры земляного полотна, климатические характеристики местно­сти и тип грунтов путем введения коэффициентов переноса влаги. Эти достоинства позволяют не только прогнозировать, но и регули­ровать влажностный режим земляного полотна. Ввиду отсутствия надежных данных о коэффициентах переноса влаги в грунтах явилось целесообразным определить эти гидрофизи­ческие характеристики экспериментальным путем.

Однако плохая воспроизводимость результатов определения коэффициентов переноса влаги, наличие субъективизма, присущее всем упрощённым методикам, обусловило разработку более надёжных способов расчёта и прогнозирования влажности грунтов активной зоны земляного полотна автомобильных дорог.

Одним из таких методов явился метод, основанный на решении нелинейного дифференциального уравнения изотермического переноса влаги, в результате чего коэффициент переноса влаги, будучи "закручен" в самом уравнении, пропал, и был заменён более надёжными, знакомыми и доступными параметрами.

 Получить полный текст книги   В. Маркуц

 «РАСЧЁТ ВЛАЖНОСТИ  ГРУНТОВ АКТИВНОЙ ЗОНЫ»

Вы можете  ЗДЕСЬ_Vlazhnost.docx

или на сайтах

http://markuts.wmsite.ru

http://vmarkuc.narod.ru