722

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Рис. 3. Парето-граница

Стоит отметить схожесть результатов, которые были получены с использованием разных алгоритмов расчета коэффициентов относительной важности. Это может говорить о лучшей верификации результатов и высоком уровне достоверности.

В процессе работы была разработана небольшая программа, которая рассчитывает коэффициент Фишберна для произвольного количества альтернатив.

Естественным следствием выбора наилучшей транспортной логистической цепи является решение о целесообразности создания логистической структуры, способной управлять сложными процессами взаимодействия на стыках транспортного коридора и на основе информационного обеспечения принимать решения в области перевозочного процесса. Задача создания рациональной, экономически целесообразной и взаимовыгодной для всех участников перевозки структуры управления грузопотоками с использованием двух и более видов транспорта должна решаться в направлении формирования системы управления перевозками, обеспечивающей усиление взаимодействия на уровне, например, железная дорога – водный транспорт и включающей в качестве подсистем корпоративные логистические центры. Основой системы должен являться региональный транспортно-логистический центр, цель создания которого заключается в совершенствовании уровня организации экспортно-импортных и внутренних перевозок в смешанном -же лезнодорожном сообщении.

81

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Итак, в данной работе мы описали метод, который позволяет выбрать максимально эффективный способ доставки на основе двух критериев. Также результаты данной работы говорят нам о том, что важность ТЛЦ чрезвычайно высока в современных конкурентных условиях. Выводы, сделанные в процессе написания данной работы, свидетельствуют о том, что мультимодальные перевозки оказываются более эффективными, чем перевозка одним видом транспорта (что чаще всего является сильно затратной и трудновыполнимой задачей). В таких условиях необходимо

формировать сеть региональных транспортно-логистических центров, которые будут заниматься эффективным перераспределением транспортных потоков и управлять мультимодальными перевозками, тем самым оптимизируя и снижая издержки на мультимодальные перевозки.

Список литературы

1. Балалаев А.С. Методология транспортно-логистического взаимодействия при мультимодальных перевозках: Дис. д-ра техн. наук. Хаба-

ровск, 2010.

Научный руководитель д-р экон. наук, проф. Е.Б. Кибалов

Ким Хюн Чол

(аспирант кафедры «Изыскания, проектирование и постройка железных и автомобильных дорог»)

А.Н. Филатов

(факультет «Строительство железных дорог»)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ

НА ПРОМЕРЗАНИЕ ГРУНТОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

В период с октября 2009 г. по декабрь 2011 г. производилось наблюдение за состоянием грунта насыпи, расположенной на учебном полигоне СГУПСа. Целью данного исследования являлось получение достоверной информации об изменении температурного поля глинистого грунта в течение года с учетом клима-

82

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

тических особенностей Сибири. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1)выявить закономерность изменения температурного поля грунта насыпи по месяцам;

2)оценить влияние теплоизолирующих свойств пенополистирола;

3)оценить влияние толщины снежного покрова и его теплозащитных свойств;

4)оценить влияние влажности грунта на процесс промерза-

ния;

5)оценить влияние солнечной радиации на общий температурный фон грунта насыпи.

Для решения поставленных задач на исследуемом объекте потребовалось установить дополнительное оборудование. С целью детального изучения сезонного промерзания грунта в тело насыпи были установлены температурные датчики(схема размещения термодатчиков представлена на рис. 1).

1

2	Пенополистирол (4 см)

3	– поролоновая пробка;

– термодатчик

Рис. 1. Схема установки температурных датчиков:

1 – щебень (0,4 м); 2 – песок (0,2 м); 3 – суглинок (2 м)

Размещение температурных датчиков и последующие измерения проводились согласно [1]. Установка производилась в две скважины, одна из которых содержит теплоизоляционный материал – пенополистирол. Это необходимо для дальнейшего анализа влияния теплоизоляции на промерзание грунта насыпи. Датчики представляют собой цепь терморезисторов типа ММТ-1 со-

83

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

противлением 3,9 кОм, расположенных в стальной трубке диаметром 25 мм с интервалом 0,1 м. Пространство между резисторами заполнено пробками из поролона. Тарировка терморезисторов выполнялась в морозильной камере, где через специальное отверстие выводились провода-«гирлянды» для подключения измерительного прибора. Диапазон изменения температур в морозильной камере: от +20 ºС до –20 ºС.

Наряду с изменением температуры грунта фиксировалась температура воздуха, которая играет немаловажную роль в промерзании грунта, создавая в теплый период положительный температурный фон, который в холодный период достигает отрицательных значений, вызывая при этом промерзание грунта. Сравнив годовой ход температуры воздуха в течение2009–2011 гг. (рис. 2), можно сделать вывод о том, что ноябрь и февраль 2010– 2011 гг. оказался теплее, что оказало существенное влияние на глубину промерзания.

Рис. 2. Температура воздуха в 2009–2011 гг.

К факторам, оказывающим значительное влияние на промерзание грунта в условиях Западной Сибири, необходимо отнести толщину снежного покрова, который удерживает тепло в грунте, тем самым снижая глубину промерзания. Как показывают наблюдения, наиболее снежной была зима 2010–2011 гг. (рис. 3).

Измерение толщины снега проводилось на оси пути.

84

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Рис. 3. Толщина снежного покрова по оси пути в 2009–2011 гг.

На интенсивность промерзания глинистого грунта влияет его влажность. Для проведения эксперимента по измерению влажности в насыпи предварительно были пробурены две скважины глубиной 30 см от основной площадки. В скважины были установлены ПВХ-трубы диаметром 2,5 см с датчиками влажности, размещенными на концах трубок. От основной площадки до уровня поверхности на трубы меньшего диаметра дополнительно были установлены обсадные трубы диаметром4 см с заглушкой. Схема расположения датчиков изображена на рис. 4.

Рис. 4. Схема расположения датчиков влажности в теле насыпи

Перед установкой датчиков в грунт была получена формула пересчета между единицами объемной влажности, которых

85

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

фиксируются показания датчиков, и используемой в отрасли весовой влажности.

Объемная Wv и весовая Wm влажности вычисляются:

Wv = Vw и Wm = mw , V ms

дорожной

(1)

где Vw – объем воды в порах; V – полный объем; mw – масса выпаренной воды; ms – масса частиц грунта.

После несложных математических преобразований (1)из следует:

W	= W	1+ e		,	(2)
		r
m	v		s
где е – коэффициент пористости грунта; ρs – плотность					скелета
грунта.

Принимая значения коэффициента пористости е = 0,6 и плотности скелета грунта в насыпи полигона СГУПСаs ρ= 2,7 т/м3, окончательно получим:

Wm = 0,59Wv.

(3)

Для уточнения теоретической оценки был проведен эксперимент по следующей схеме:

1)отбор двух образцов одного и того же грунта из насыпи полигона СГУПСа;

2)измерение объемной влажности каждого из них с помо-

щью датчика Waterscout SM 100 (таблица);

3)искусственное увлажнение грунта путем добавления воды

сповторным замером влажности тем же датчиком;

4)прямое определение влажности образцов грунта путем его высушивания в сушильном шкафу с последующим взвешиванием.

Значения влажности грунта из насыпи полигона СГУПСа

№ опыта	Весовая влажность, доли	Объемная влажность, %
1	0,24	46,1
2	0,25	46,8

86

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

В результате эксперимента было получено следующее соотношение между объемной и весовой влажностями грунта в насыпи полигона СГУПСа:

Wm = 0,53Wv.

(4)

На рис. 5 показан характер изменения влажности грунта насыпи под основной площадкой земляного полотна.

Рис. 5. График изменения влажности грунта насыпи в 2011 г.

Важным фактором, влияющим на температурный режим земляного полотна, является солнечная радиация [2]. В каждый момент времени на земной поверхности осуществляется приходрасход лучистой энергии.Алгебраическая сумма приходных и расходных составляющих радиации называется радиационным балансом В, уравнение которого записывается в виде:

B = S’ + D + Ea – R – Eз ,

(5)

где S’ – прямая радиация; D – рассеянная радиация; Eа – излучение атмосферы; R – отраженная радиация; Ез – излучение земли.

Учет радиационного баланса при определении температуры дневной поверхности осуществляется с помощью температурной поправки.

Исходя из закона Ньютона,

QВ = αΔt,

(6)

87

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

где QВ – конвективная теплопередача; α – коэффициент конвективного теплообмена; t – разница температуры поверхности и атмосферы.

Учитывая, что в среднем за сутки QВ ≈ B, величина температурной поправки рассчитывается по формуле

	Dt =	B	,	(7)
		720a

где В – радиационный баланс.

Учет данной поправки в расчетных схемах приводит к уменьшению глубины промерзания грунта в насыпи более чем на 7 %.

Ежегодно в ходе наблюдений строились графики промерзания грунта насыпи по его температурному полю[3]. На рис. 6–8 штриховой линией показаны графики изменения температуры грунта по глубине насыпи на участке с теплоизолирующим -по крытием, сплошной линией – графики температур на обычном участке насыпи.

Ноябрь

13.11.2009

H, м

0,5

без

пенопласта

0,0

с

пенопластом

-0,5

-1,0

-1,5 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 Т, оС

Рис. 6. Распределение температуры в теле насыпи по ее глубине за ноябрь

Февраль

15.02.2010

H, м

0,5

без

пенопласта

0,0

с

пенопластом

-0,5

-1,0

-1,5 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 Т, оС

Рис. 7. Распределение температуры в теле насыпи по ее глубине за февраль

88

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Апрель

20.04.2010

H, м

0,5

без

пенопласта

0,0

с

пенопластом

-0,5

-1,0

-1,5 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 Т, оС

Рис. 8. Распределение температуры в теле насыпи по ее глубине за апрель

На приведенных графиках штриховой линией показано резкое изменение температуры в зоне размещения пенополистирола с перепадом до10 ºС. При сравнении графиков также хорошо видно, что на участке с применением пенополистирола температура грунта на глубине до 1 м под основной площадкой выше, чем на обычном участке. На глубине ниже1 м под основной площадкой происходит выравнивание температурных полей. Здесь решающую роль уже играет тепло, аккумулированное в нижних слоях грунтового массива, и влияние теплоизоляции верхних слоев грунта оказывается несущественным.

На рис. 9 и 10 представлены линии нулевых температур грунта в период 2009–2011 гг. на участке с пенополистиролом и без него.

Рис. 9. Глубина промерзания грунта насыпи ниже уровня основной площадки в период 2009–2010 гг.:

1 – линия промерзания без пенополистирола (2009–2010 гг.);

2 – линия промерзания с пенополистиролом (2009–2010 гг.);

3 – линия оттаивания без пенополистирола (2009–2010 гг.);

4 – линия оттаивания с пенополистиролом (2009–2010 гг.)

89

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Рис. 10. Глубина промерзания грунта насыпи ниже уровня основной площадки в период 2010–2011 гг.:

1 – линия промерзания без пенополистирола (2010–2011 гг.);

2 – линия промерзания с пенополистиролом (2010–2011 гг.)

Сравнивая графики, представленные на рис. 9, можно количественно оценить влияние природных факторов на глубину промерзания. Увеличение толщины снежного покрова(зимой 2010–2011 гг.) и повышение температуры воздуха(зимой 2010– 2011 гг.) привело к уменьшению глубины промерзания на 0,5 м. Также из сравнения графиков можно оценить влияние теплоизолирующих свойств пенополистирола, применение которого позволило уменьшить глубину промерзания на 0,1–0,2 м.

Список литературы

1.ГОСТ 25358–82. Грунты. Метод полевого определения температуры. М.: Госстандарт, 1983 г. 14 с.

2.СНиП 23-01–99. Строительная климатология. М.: Госстандарт, 2000. 70 с.

3.Анализ результатов наблюдения за температурным режимом насыпи, оборудованной теплоизолирующим покрытием // Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2011: Сб. науч. тр. SWorld по мат-лам Междунар. научно-практич. конф. Том 1. Одесса: Изд-во ООО «Внешрекламсервис», 2011. С. 36–40.

Научный руководитель д-р техн. наук, проф. А.Л. Исаков

90