Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ѕриродно-климатические факторы и их вли€ние на изменение вводно-теплого режима земл€ного полотна




»сточники увлажнени€. Ќаиболь≠шее вли€ние на состо€ние дорог и движение автомобилей оказывают рельеф и ландшафт местности, грунтово-геологические, гидрологичес≠кие и погодно-климатические фак≠торы.

»з грунтово-геологических и гид≠рологических факторов выдел€ют тип и характеристики грунтов зем≠л€ного полотна и подстилающих слоев, глубину промерзани€, уровень и характер залегани€ грунтовых вод, услови€ стока поверхностной воды.

  погодно-климатическим факто≠рам относ€т: атмосферное давление, солнечную радиацию, температуру и влажность воздуха, осадки (дождь, снегопад), ветер, метель, гололед, туман, а также их сочетание.

ѕогодно-климатические факторы формируют водно-тепловой режим земл€ного полотна (¬“–) - законо≠мерные сезонные изменени€ влаж≠ности и температуры в полотне и сло€х одежд. ¬ дорожной конструк≠ции (дорожна€ одежда + земл€ное полотно) протекают сложные про≠цессы: нагревание, охлаждение, про≠мерзание, оттаивание, испарение, конденсаци€, сублимаци€, облимаци€, т.е. диффузионные процессы тепла и влаги, называемые тепломассопереносом или тепловлагообменом (“¬ќ), обусловливающие ко≠лебание влажности и температуры. »зменение водно-теплового режима существенно вли€ет на прочность, долговечность полотна и дорог, приводит к снижению транспортно-эксплуатационных свойств дорог.

ќсновными источниками увлажне≠ни€ (см рис) €вл€ютс€ атмосферные осадки 1, вода со стороны откосов и вода, застаивающа€с€ на поверхнос≠ти земл€ного полотна 2, капилл€р≠ное увлажнение от грунтовых вод 3, парообразное увлажнение 4.

јтмосферные осадки проникают в водопроницаемые покрыти€ (гра≠вийные и щебеночные, мостовые), в трещины водонепроницаемых пок≠рытий (при недостаточном уходе), частично через обочины и откосы. ѕри отсутствии трещин и наличии укрепленной обочины этот источник неопасен.

¬ода со стороны откосов при дли≠тельном застое в боковых канавах может передвигатьс€ от откосов к грунтовому основанию. »сточник неопасен, если полотно отсыпано из св€зных (глинистых) грунтов, а коэффициент их уплотнени€  у 0,95.

ќпасность капилл€рного увлажне≠ни€ от грунтовых вод зависит от глубины расположени€ расчетного горизонта грунтовой воды.

√рунт полотна при любой степени уплотнени€, как и любой слой одеж≠ды, представл€ет собой капилл€р≠но-пористое тело, внутри которого диффундирует паровоздушна€ смесь. ¬ результате пористости покры≠тий и одежд между атмосферой и внутрипоровым воздухом полотна круглый год происходит воздухо- и парообмен. ѕарообразное увлажне≠ние зависит от условий водно-тепло≠вого режима полотна и может быть различным. Ётот источник посто€н≠но присутствует в полотне и сло€х одежд.

—тепень опасности водно-тепло≠вого режима по интенсивности тем≠пературных воздействий можно ха≠рактеризовать продолжительностью морозного периода в дн€х х, рав≠ного периоду между датами перехо≠да температуры воздуха через 0 осенью и весной; минимальной t min B или средней tв температурой воздуха за морозный период х; среднемаксимальной температурой воздуха t max в в наиболее жаркие мес€цы, а также комплексными температур≠ными показател€ми: морозным ин≠дексом в - Σ х t в градусо Ц дн€х и раз≠махом R = t max Ц tт1п. „ем выше мо≠розный индекс (измен€етс€ от 50 до 2000), размах Rt T х, тем опаснее морозное воздействие среды на до≠рогу.

‘изическа€ теори€ тепловлагообмена. ѕроцесс тепловлагообмена в полотне и сло€х одежды сложный и взаимосв€занный: изменение темпе≠ратуры вызывает миграцию (мед≠ленное движение) влаги, влагонакопление и переход ее в иную форму способствует теплообмену. ѕоэтому процесс тепло- и влагообмена необ≠ходимо рассматривать во взаимо≠св€зи.

Ёксперименты показали, что грунты и слои одежды воздухопро≠ницаемы, поры между собой сооб≠щаютс€. —ледовательно, в земл€ном полотне и сло€х одежды имеютс€ услови€ дл€ воздухо- и парообмена. ќбмен возможен, если влажность грунта меньше полной влагоемкости, т.е. W< W пв. ѕри полной влагоемкости все поры грунта заполнены жидкой фазой и воздухо- и парообмен прекращаютс€.

¬ ненасыщенных грунтах влага содержитс€ в двухфазном состо€≠нии: W ж Ц вод€ной пар всегда в насыщенном состо€нии δ ≈ 100% (где δ Ц относительна€ влажность внутрипорового воздуха) и W ж Ц жидка€ фаза. —оотношение фаз не≠прерывно измен€етс€ и зависит от общей влажности грунта.

¬ мерзлых грунтах дополнитель≠но возникает тверда€ фаза Ц лед, ко≠личество которой пропорционально t в. ѕри температуре грунта t г ниже 0 ∞— не вс€ жидка€ фаза переходит в лед. ¬следствие частичного засоле≠ни€, действи€ молекул€рных сил, ис≠ход€щих от грунтовых частиц, жид≠ка€ фаза переходит в лед (темпера≠тура льдообразовани€ t л) в зависи≠мости от минералогического соста≠ва грунта от Ч 0,5 ∞— дл€ песков до Ч 2,5 ∞— дл€ глин. ƒаже при очень низкой температуре грунта (t г = - 20... Ц 50 ∞—) часть жидкой фа≠зы не промерзает. ѕоэтому в тече≠ние всего морозного периода про≠исходит диффузи€ вод€ного пара, миграци€ жидкой фазы и льдообра≠зование. ∆идка€ фаза испар€етс€ и замерзает, вод€ной пар конденсиру≠етс€ на жидкой или твердой фазе.

“еплообмен в дорожных конструк≠ци€х происходит за счет трех состав≠л€ющих. ќсновное тепло передаетс€ от частицы к частице за счет теплопроводности (кондукции). ¬то≠ра€ по удельному весу составл€ю≠ща€ теплообмена Ц тепло фазовых превращений при промерзании-от≠таивании, конденсации-испарении, облимации-сублимации.  онвектив≠на€ составл€юща€ теплообмена не≠значительна€ (2 Ц 3%) и ею можно пренебречь.

¬лагообмен протекает за счет на≠личи€ потенциалов концентрации жидкой фазы и тепла. ¬од€ной пар диффундирует от мест с большим парциальным давлением P 1в места с меньшим давлением 2. ѕосколь≠ку вод€ной пар находитс€ в насы≠щенном состо€нии и = f (t г), то он диффундирует от теплых мест к хо≠лодным Ц это процесс термодиффу≠зии.

∆идка€ фаза мигрирует благода≠р€ наличию двух потенциалов: кон≠центрации и температуры. «а счет первого потенциала жидка€ фаза мигрирует от мест с большей влаж≠ностью к местам с меньшей влаж≠ностью (концентрационна€ мигра≠ци€). Ётот потенциал преобладает в миграции жидкой фазы (95 Ц 98%). «а счет второго потенциала происхо≠дит термомиграци€ жидкой фазы в количестве 2 Ц 5%. „астицы грунта обволакивают пленки жидкой фазы; свободные поры заполн€ет насы≠щенный пар. ќбъ€снение миграции жидкой фазы в услови€х двухфазной миграции дает гидротермодинами≠ческа€ гипотеза [6], ƒавление в пленке воды, обусловливающее кон≠центрационную миграцию влаги по обволакивающим пленкам, P = P п Ц σ/r,

где п Ц парциальное давление вод€≠ного насыщенного пара в порах; σ Ц по≠верхностное нат€жение вод€ной пленки, обволакивающей грунтовые частицы или их агрегаты; r Ц радиус кривизны пленки воды в контакте с паровоздуш≠ной смесью.

¬ыражение (4.1) объ€сн€ет сущ≠ность тепломассообмена. “ак, если соприкасаютс€ две зоны грунта с одинаковой температурой t 1= t 2но разной влажностью W1> W2, мигра≠ци€ будет протекать от мест с боль≠шой влажностью W1 в места мень≠шей влажности W2. Ёто можно по€с≠нить следующим образом. — увели≠чением влажности W1 толщина плен≠ки воды возрастает, при этом σ уменьшаетс€, r увеличиваетс€, дав≠ление пара псжижаемого водной пленкой, возрастает; ѕри этом рас≠тет P1 ѕоскольку п 1 > – п 2 влага мигрирует из зоны W1 в зону W2.

≈сли соприкасающиес€ зоны грун≠та имеют разную температуру t1 >t2, в теплой зоне давление пара п 1 > – п 2 , поверхностное нат€жение σ будет меньшим вследствие мень≠шей в€зкости и согласно выражению (4.1) 1 > –2 т.е. жидка€ фаза, сле≠довательно, и вод€ной пар будут мигрировать из теплой зоны t1 в холодную t2.

¬ результате ухудшени€ водно-теплового режима могут быть нега≠тивные €влени€: избыточное влагонакопление в отдельных зонах по≠лотна вследствие инфильтрации во≠ды через трещины в покрытии, через обочины и откосы после дожд€ или поверхностного стока; увлажнение грунтового основани€ от горизонта близкого залегани€ грунтовой воды или от длительного засто€ воды в боковых канавах, коллекторах, что наблюдаетс€ в районах болот, оро≠шаемых районах; повышенное ув≠лажнение грунта в верхней части земл€ного полотна к концу мороз≠ного (холодного) периода; образова≠ние пучин на участках интенсивного морозного влагонакоплени€; весен≠ние (или в период зимних оттепелей) разрушени€ дорожных одежд вслед≠ствие переувлажнени€ грунта и потери прочности; разрушени€ откосов, прежде всего высоких насыпей, от переувлажнени€; разрушение высо≠ких насыпей от скопившейс€ воды.

ѕри быстрых понижени€х темпе≠ратур (ниже 0 ∞—) в дорожной одеж≠де образуютс€ температурные тре≠щины. »нтенсивный прогрев летом повышает пластичность асфальтобе≠тона, способству€ образованию волн и наплывов на покрытии.

«акономерности водно-теплового режима. ƒл€ районов с сезонным промерзанием полотна можно выде≠лить четыре периода (см рис).

 

–»—. —езонное изменение показателей во≠дно-теплового режима:

I-IV Ц характерные сезонные периоды водно-теп≠лового режима; ј1, ј2 - атмосферные осадки в виде дожд€ и снега; х - холодный период

ѕредзимний период,или период первоначального накоплени€ влаги осенью, характерен охлаждением и интенсивным увлажнением полотну и одежды атмосферными осадками подн€тием уровн€ грунтовой воды, медленным нарастанием влажности, снижением плотности грунта и прочности одежды. ¬лажность может достигать 0,7 W т(где W т Ц влажность предела текучести грунта).

¬ отдельные годы наблюдаютс€ резкие смены температур от поло≠жительных к отрицательным. “акие температурные удары вызывают ли≠нейные сокращени€ покрытий, ско≠рость которых выше, чем дл€ ниже≠лежащих оснований. Ёто приводит к образованию поперечных темпера≠турных трещин.

ћорозный период, или период промерзани€, характерен перераспреде≠лением и накоплением влаги в земл€ном полотне. Ќаблюдаетс€ снижение t гр, промерзание грунта, дальнейшее увеличение влажности и снижение плотности грунта. ¬ода из нижних слоев полотна, особенно парообразна€ и жидкообразна€, интенсивно мигрирует снизу и частично со стороны обочин к оси дороги. ¬ зависимости от продолжительноcти периода х,мощности источников увлажнени€ и скорости промерзани€ к концу холодного периода в верх≠ней части полотна может нако≠питьс€ значительное количество воды. ѕри скорости промерзани€ до 2,5 см/сут происходит интенсивное влагонакопление и льдообразование в грунте за счет миграции воды из нижележащих слоев. ѕри быстром промерзании (скорость больше 4 см/сут) вода из нижележащих сло≠ев не успевает поступить, и влаж≠ность грунта может быть несколько меньше. √лубина промерзани€ дос≠тигает максимума. ¬ этот период может вымерзать вода из песчаного подстилающего сло€ и устанавли≠ватьс€ равновесное состо€ние воды в грунте земл€ного полотна или пос≠тепенно увеличиватьс€ до уровн€ (0,7 ÷ 0,8) W т. ¬следствие замерза≠ни€ воды в порах грунта образуютс€ линзы и прослойки льда. ¬ отдель≠ные зимы возникают оттепели, сопровождающиес€ частичным оттаиванием грунта полотна и резким снижением прочности проезжей час≠ти. »нтенсивное влагонакопление и промерзание могут привести к обра≠зованию пучин. ѕрочность грунта в холодный период очень высока€.

¬есенний период Ц период оттаива≠ни€ грунта и насыщени€ его свобод≠ной водой. Ёто самый опасный пе≠риод, его принимают за расчетный дл€ дорожных одежд и земл€ного полотна. —копившийс€ в линзах и прослойках лед в верхней части зем≠л€ного полотна оттаивает и поры грунта заполн€ютс€ свободной водой, котора€ скапливаетс€ над еще не отта€вшим грунтом (дон≠ник). ќбразовавшеес€ мокрое корыто сохран€ет некоторый период максимальную влажность W = (0,85 ÷ 1,0) W т,минимальную плот≠ность и прочность грунта. ѕод действием нагревающегос€ воздуха и автомобилей часть воды отжима≠етс€ в дренирующий слой, часть в обочины и нижележащие слои по мере их оттаивани€. ѕри медленном оттаивании, когда его скорость не превышает 4 см/сут, часть воды ус≠певает отжатьс€ и испаритьс€. ѕри быстром оттаивании (скорость больше 7 см/сут) происходит интен≠сивное накопление воды в порах грунта., ¬ этот расчетный по состо€≠нию грунта период р (обычно в апреле Ц мае) могут возникнуть про≠садки одежды в первую очередь на пучинистых местах. ѕрочность до≠рожной конструкции минимальна€. ѕериод наиболее неблагопри€тного расчетного состо€ни€ грунта рвес≠ной (или в период зимних оттепе≠лей), в течение которого наблюда≠етс€ минимальна€ сезонна€ проч≠ность груцта полотна

р = h кр/ v отт,

где h кр - критическа€ глубина оттаива≠ни€ (ориентировочно дл€ дорог IЧII ка≠тегорий до 50 см, III и IV-до 70 см); v отт Ц средн€€ скорость оттаивани€ грун≠та полотна, равна€ 2-5 см/сут.

«а начало расчетного периода z н ориентировочно можно принимать дату перехода t в весной через 0∞—. “огда дата окончани€ периода

z к = z н + T р.

Ћетний период Ц просыхание зем≠л€ного полотна. ѕосле полного от≠таивани€ грунт постепенно просы≠хает, снижаетс€ влажность до наи≠меньшего сезонного значени€ Wmin ≈ 0,5 W т,постепенно возрастает плотность и прочность земл€ного полотна.





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-08-18; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 4081 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

—лабые люди всю жизнь стараютс€ быть не хуже других. —ильным во что бы то ни стало нужно стать лучше всех. © Ѕорис јкунин
==> читать все изречени€...

404 - | 393 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.013 с.