Материал: Зимние способы добычи и хранения глины П. В. Силкин. 1960- 11 Мб

Вообще же глубина промерзания зависит не только от струк­

туры и влажности грунта, величины и продолжительности зимнего периода с отрицательной температурой, величины снежного по­

крова, но и от места расположения участка и господствующих вет­

ров.

Расчетная глубина промерзания, например, принимаемая для Москвы в 1,5 м, является средней величиной, и, как показали на­ блюдения в зиму 1943/44 г., нередки случаи, когда к концу апреля эта глубина достигала 2—2,2 м (рис. 2).

Рис. 2. График естественного промерзания и оттаивания грунта в Москве, зима 1943/44 г.

Говоря о глубине промерзания грунтовой массы, следует раз­ личать два понятия величины этого промерзания. Та глубина, до которой вся находящаяся в грунтовой массе свободная вода под

влиянием отрицательной температуры получила кристаллическую форму и превратилась в твердое состояние (твердое тело), назы­ вается глубиной промерзания по кристаллизации. Та глубина, где кончается отрицательная температура в грунтовой массе и начи­ нается нулевая температура и где, разумеется, свободная вода уже не замерзает или находится на границе этого замерзания, назы­ вается глубиной промерзания по нулю. Разница между первой и второй глубиной значительна и составляет 25—40%.

Учитывая, что нас интересует добыча талой глины (неморожен­ ной) без наличия в ней смерзшихся комков, в дальнейшем будем по­

9

нимать под глубиной промерзания промерзание по нулю. Средняя

скорость промерзания составляет 1,5—2 мм за один градусо-день,

при этом 1,5 мм относится к случаю, когда поверхность покрыта снегом, и 2 мм — когда поверхность не защищена снежным покро­ вом. Кривые длительности и глубины промерзания в зависимости от величины наружных отрицательных температур приведены на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость глубины промерзания от длительности влияния отрицательных температур и влажности грунта (при TZ=\ ООО градусо-дней)

График показывает, что чем больше отрицательная темпера­ тура на поверхности, тем быстрее и глубже происходит процесс про­ мерзания грунтовой 'массы. Для некоторых условий распростране­ ние промерзания в глубину изображается некоторой -кривой, вы­ пуклость которой сначала обращена вниз, а затем вверх. Это объясняется тем, что в начале холодного периода верхние покровы

земной поверхности охлаждаются до нуля с одновременным погло­ щением тепла из нижележащих слоев, имеющих положительную температуру; этот процесс протекает до тех пор, пока вся тепловая энергия грунтовой массы не иссякнет, и длится примерно 15 дней при наличии устойчивых морозов. Затем начинается обратный про­

цесс продвижения отрицательной температуры в глубь грунтовой массы, который замедляется наличием снежного покрова, если даже вначале резко и упала температура наружного воздуха. Однако не­ обходимо указать, что характер кривой для разных климатических

условий будет разный. Например, при отсутствии снежного покрова и сильных морозов с осени, при влажной осени, когда перед нача­ лом устойчивого зимнего периода выпадает много осадков в виде дождя и мокрого снега, при переменном подмерзании и оттаивании промерзание грунтовой массы будет протекать интенсивнее и на

10

большую глубину; наоборот, при относительно сухой осени без

обильных осадков с (постепенным понижением температуры наруж­ ного воздуха, а затем с быстрым выпадением и устойчивым снеж­ ным покровом глубина промерзания будет меньше, и кривая про­ мерзания будет иной. Таким образом, глубина промерзания и ха­ рактер кривой зависят от:

относительной величины отрицательных температур; скорости нарастания отрицательных температур; влажности и структуры грунтовой массы;

характера растительного покрова на поверхности;

толщины снежного покрова и времени его образования;

скорости потока грунтовой воды и многих других причин.

Установлено, что чем больше влажность грунтовой массы и чем меньше размер отдельных пор в ней, тем большее твердение происходит при замерзании. Чем меньше поры, тем силы капилляр­

ного и молекулярного сцеплений больше и тем больший срок и большая отрицательная температура требуются для проморажива­ ния на одну и ту же глубину. В грунтах невлагоемких (скальные и другие породы) твердость их под влиянием даже длительных и значительных отрицательных температур не увеличивается; в пес­ чаных грунтах, залегающих выше уровня грунтовой воды, твер­ дость повышается незначительно; глинистые же и другие более влагоемкие грунты при замерзании приобретают твердость, при­ ближающуюся к твердости скальных пород, и с увеличением отри­ цательных температур прочность таких грунтов увеличивается. Из изложенного следует, что чем меньше влажность грунтовой массы,

тем медленнее протекает процесс твердения ее под влиянием от­ рицательных температур. Наибольшая глубина промерзания про­ исходит при влажности 30—40%, а затем по мере увеличения влажности глубина промерзания при одних и тех же отрицатель­ ных температурах уменьшается. Это происходит потому, что уве­

личивается количество скрытой теплоты замерзания.

Приведенные на рис. 2, 3 кривые дают ориентировочные вели­ чины глубин промерзания для грунтов средней влажности (20— 30%) при незащищенной и неутепленной снеговым покровом по­ верхности. При наличии снежного покрова толщиной 0,25 м к ука­ занным величинам следует вводить поправочный коэффициент 0,85;

при толщине снежного покрова 0,5 м — коэффициент 0,70 и при тол­ щине снежного покрова 0,7 м — коэффициент 0,65.

Устойчивое промерзание в Московской обл. начинается 3— 17 ноября, полное оттаивание кончается 2—24 апреля, т. е. про­ должительность периода с устойчивой мерзлотой составляет 151 — 157 дней. Приведенные кривые промерзания и оттаивания (ом. рис. 2) показывают, когда по времени года необходимо прини­

мать меры борьбы с продлением сезона разработки глиняных карье­ ров и подготовки их к зимним условиям добычи.

Продолжительность зимнего периода, среднемесячные отрица­ тельные температуры и расчетные температуры для проектирования теплоограждений в ряде пунктов СССР приведены в табл. 3.

11

Таблица 3

Продолжительность зимнего периода, температуры отопительного периода и расчетные температуры для проектирования теплоограждений в некоторых пунктах СССР

При ’составлении проекта организации работ по добыче талой

глины зимой в карьере необходимо точно знать характер кривых

промерзания грунта и интенсивность проникновения отрицательных температур в грунтовую массу. Если же этих данных нет, то глубину промерзания можно принимать по схематической карте изолиний нормативных глубин промерзания суглинистых грунтов (прило­ жение 3).

В связи с тем, что в данных приложения отсутствуют величины глубины нарастания промерзания за каждый день, неделю или ме­

сяц, они могут быть получены расчетом. В настоящее время имеется значительное количество формул, позволяющих определять глубину промерзания грунтов в разных климатических районах для разных условий. Некоторые из них приводятся ниже.

Температурный режим промерзающего грунта может быть оп­ ределен аналитически. Имея в виду практическое назначение рас­ чета глубины промерзания грунта, рассмотрим здесь лишь те ме­

тоды и способы решения этой задачи, которые уже достаточно раз­ работаны и доступны для применения.

В. С. Лукьянов и М. Д. Головко предложили формулу для оп­ ределения глубины промерзания, на основе которой составлена но­

ности грунта, т. е. среднее за зиму термическое сопротив­ ление теплоизоляции поверхности грунта;

т—длительность зимнего периода в час; h—глубина промерзания грунта в м.

Порядок вычислений по такой номограмме следующий. Например, надо определить глубину промерзания h через тчас.

Подсчитывают

По полученным данным на номограмме (приложение 4) находят Н и глубину промерзания определяют по равенству h = HS.

13