- •Сибирский федеральный университет н.В. Балацкая Промышленная Геоэкология
- •Красноярск 2008 г
- •Введение
- •1. Динамика оттаивания вечной мерзлоты под дном водохранилища (одномерная задача)
- •2. Динамика оттаивания вечной мерзлоты под дном водохранилища (двумерная задача)
- •3. Динамика оттаивания промороженного берегового склона после заполнения водохранилища.
- •4. Теплотехнический расчет мерзлотной завесы в однородной земляной плотине без учета взаимного влияния колонок
- •4.1. Промораживание в течение одного зимнего периода
- •4.2. Промораживание в течение двух и более зимних периодов
- •4.3. Теплотехнический расчет мерзлотной завесы плотины с учетом взаимного влияния колонок (двухмерная задача)
- •5. Определение скорости движения воздуха и производительности вентиляторов
- •5.1. Средняя температура мерзлотной завесы
- •6. Расчет глубин сезонного оттаивания и промерзания вечномерзлого грунта
- •6.1. Глубина сезонного оттаивания грунта dth определяются по формуле:
- •6.2 Расчетная глубина сезонного промерзания грунта df,n, м, определяется по формуле
- •Заключение Библиографический список
- •Оглавление
- •1. Динамика оттаивания вечной мерзлоты под дном водохранилища (одномерная задача) 4
3. Динамика оттаивания промороженного берегового склона после заполнения водохранилища.
Динамика оттаивания полностью промороженного вечномерзлого массива берегового склона водохранилища, определяется следующим формулам
(3.1)
(3.2)
где х – глубина от поверхности дна водохранилища до границы оттаивания мерзлого грунта (нулевой изотермы), м (рисунок 1);
т – коэффициент теплопроводности талого грунта,
ккал/(ч-м-град);
t1 – температура воды в водохранилище на уровне поверхности грунта, °С;
t2 – среднегодовая температура поверхности грунта тела плотины (в приближенных расчетах она может быть принята равной среднегодовой температуре наружного воздуха).
τ – время от заполнения водохранилища до рассматриваемого момента, ч.
Q – количество тепла, необходимое для таяния грунта, ккал/м3.
Q = 0,9pWс + CMt2,
где ρ — скрытая теплота фазового перехода влаги грунта 80 000 ккал/т;
Wc — суммарная влажность или льдистость, доли единицы;
См — объемная теплоемкость мерзлого грунта, ккал/(м3·град);
Если ≥ граница мерзлой зоны определяется одним уравнением (3.1),
а при < – двумя уравнениями; соответственно при уравнением (3.1), а при x2 < уравнением (3.2).
При τ = ∞ уравнение (3.1) примет следующий вид:
, (3.3)
т. е. граница мерзлой зоны будет представлена прямой линией.
Рис. 3.1. Расчетная схема оттаивания грунтового массива при наклонном его заложении в зоне водохранилища
Граница мерзлой зоны под дном водохранилища является частным случаем уравнения (3.1).
При y = ∞ уравнение (3.1) примет вид
.
Величины, входящие в числитель: х, λм, t2, являются конечными, поэтому необходимым условием соблюдения равенства является
.
Решая это уравнение относительно х, получим .
Пример 5. Определение положения нулевой изотермы в промороженном береговом склоне после заполнения водохранилища в различные периоды времени (рис. 2).
t2 – температура грунта берегового склона выше горизонта воды – 5° С;
t1 – среднегодовая температура воды в водохранилище +4° С; t
t гр – начальная температура вечномерзлого грунта –4° С;
λт = 1,5 ккал/(ч м град);
λМ = 1,8 ккал/ (ч м град);
Wo=0,2;
ρ=80 000 ккал/м3.
Требуется построить нулевые изотермы в различные периоды времени τ :
τ = 1; 5; 20 лет.
Так как λМ t2 >λТ t1 (1,8·5>1,5·4), то граница мерзлой зоны определяется только одним уравнением (1). Величина Q, входящая в эти уравнения, определяется Q = 0,9 80 000 0,2 + 400 4 = 16 000 ккал/м3.
Рис. 2. Положение границ талого и мерзлого грунта в пределах откосной области грунта, прилегающего к водохранилищу и под дном водохранилища при λМ t2 >λТ t1
1 – при τ=1 год; х=2,9 м;
2 – при τ =5 лет; х=6,4 м;
3 – при τ = 10 лет; х=9 м;
4 – при τ = 20 лет; х=12,6 м;
5 – при τ =50 лет; х=20 м
В формулах (1) и (2) t°1C, t°2C и t°грC – абсолютное значение температур (без учета знака).
При τ = 1 год
х |
Значение у при λМ t2 >λТ t1 |
||
1 |
5 |
20 |
|
1 |
0,877 |
0,739 |
0,715 |
1,5 |
1,697 |
– |
– |
2 |
3,362 |
1,628 |
1,478 |
3 |
– |
3,102 |
2,346 |
3,5 |
– |
4,134 |
– |
4 |
– |
– |
3,372 |
5 |
– |
11,53 |
4,625 |
6 |
– |
– |
6,210 |
9 |
– |
– |
15,48 |
Пример 6.
Определение положения нулевой изотермы в промороженном береговом склоне после заполнения водохранилища в различные периоды времени (1, 2, 5, 10, 15 лет); t гр – начальная температура вечномерзлого грунта – 2° С.
№ п/п |
λт, ккал/(ч м град) |
λМ, ккал/(ч м град) |
СМ, [ккал/(м3°С)] |
t1 |
t2 |
Wc |
1 |
1,35 |
1,55 |
505 |
4 |
-2 |
0,1 |
2 |
1,35 |
1,45 |
560 |
6 |
-1 |
0,15 |
3 |
1,25 |
1,35 |
520 |
4 |
-2 |
0,2 |
4 |
1,45 |
1,30 |
490 |
5 |
-3 |
0,1 |
5 |
0,95 |
1,05 |
450 |
2,7 |
-1 |
0,15 |
6 |
0,75 |
0,85 |
420 |
5 |
-2 |
0,2 |
7 |
0,60 |
0,65 |
415 |
4 |
-2 |
0,1 |
8 |
0,40 |
0,45 |
350 |
6 |
-3 |
0,15 |
9 |
1,45 |
1,55 |
590 |
7 |
-4 |
0,2 |
10 |
1,30 |
1,45 |
560 |
3 |
-1 |
0,1 |
11 |
1,15 |
1,30 |
510 |
3 |
-2 |
0,15 |
12 |
0,95 |
1,05 |
480 |
4 |
-1 |
0,2 |
13 |
0,75 |
0,80 |
430 |
5 |
-1 |
0,1 |
14 |
0,50 |
0,55 |
400 |
3 |
-2 |
0,15 |
15 |
1,35 |
1,55 |
575 |
3 |
-2 |
0,2 |
16 |
1,35 |
1,55 |
540 |
2 |
-3 |
0,1 |
17 |
1,35 |
1,45 |
485 |
4 |
-2 |
0,15 |
18 |
1,25 |
1,35 |
450 |
3 |
-1 |
0,2 |
19 |
1,45 |
1,30 |
540 |
3 |
-2 |
0,1 |
20 |
0,95 |
1,05 |
500 |
2 |
-2 |
0,15 |
21 |
0,75 |
0,85 |
490 |
4 |
-3 |
0,2 |
22 |
0,60 |
0,65 |
450 |
2 |
-1 |
0,1 |
23 |
1,20 |
1,35 |
420 |
3 |
-2 |
0,15 |
24 |
0,90 |
1,05 |
415 |
2 |
-2,5 |
0,2 |
25 |
0,60 |
0,65 |
350 |
1 |
-3 |
0,2 |