Hloubka promrznutí půdy na Ukrajině a v Kyjevě – článek | Royalbud

Abstrakt vědeckého článku o inženýrství a technologii, autor vědecké práce — Wang Xintong, A. F. Kolos, A. V. Petryaev

Cíl: Jsou vyvinuty metody pro výpočet hloubky mrazu zemin podloží vysokorychlostních železnic s ohledem na jejich vícevrstvou strukturu. Metody: Jsou zvažovány stávající metody pro výpočet hloubky mrazu zemin, je navržena vylepšená Berggrena metoda pro výpočet hloubky mrazu zemin podloží vysokorychlostních železnic a metoda pro numerické modelování teplotního režimu podloží založená na matematickém modelu zohledňujícím migraci vlhkosti. Spolehlivost výpočtů je potvrzena porovnáním s výsledky numerického modelování a výsledky výpočtů metodou podle čínských a ruských železničních stavebních norem. Výsledky: Výsledky výpočtu hloubky mrazu zemin podloží různými metodami jsou podobné. Pro výpočet hloubky mrazu zemin podloží vícevrstvého systému je vhodné použít vylepšenou Berggrenovou metodu. Metoda numerického modelování umožňuje predikovat hloubku mrazu zeminy, včetně změn hloubky mrazu a tání způsobených globálním oteplováním. Praktický význam: Pro výpočet hloubky mrazu podloží vysokorychlostní železnice je vhodné použít vylepšenou Berggrenovou metodu. Vyvinutý model lze použít jak ke studiu rozložení tepelného režimu vozovky během mrznutí a tání, tak k návrhu tloušťky protimrazových vrstev pro konstrukci vozovky vysokorychlostních dálnic.

Podobná témata vědeckých prací z oblasti inženýrství a technologií, autor vědecké práce — Wang Xintong, A. F. Kolos, A. V. Petryaev

Matematické modelování procesu mrazuvzdorných zemin železničního lože v chladných klimatických podmínkách

PROBLÉMY SE STABILIZACÍ ŽELEZNIČNÍHO A SILNIČNÍHO TYPU V CHLADNÝCH OBLASTECH ČÍNY
VLIV TÁNÍ SEZÓNNĚ ZMRZLÝCH PŮD NA DEFORMACE ZEMSKÉ KŘIVKY

Vliv horní okrajové podmínky na hydrotermální pole vozovky železničních tratí v oblastech permafrostu

Základní požadavky na návrh vozovky vysokorychlostních železničních tratí
i Nemůžete najít, co potřebujete? Vyzkoušejte službu výběru literatury.

Metody výpočtu hloubky promrznutí podloží vysokorychlostních železnic (HSR) v chladných klimatických podmínkách v Čínské lidové republice

Účel: Jsou vyvinuty metody pro výpočet hloubky zamrznutí půdy podloží vysokorychlostních železnic s ohledem na jeho vícevrstvou strukturu. Metody: Byly zhodnoceny stávající metody pro výpočet hloubky zamrznutí půdy, je navržena pokročilá Berggrena metoda pro výpočet hloubky zamrznutí půdy podloží vysokorychlostních železnic a metoda numerického modelování teplotního režimu podloží na základě matematického modelu s danou migrací vlhkosti. Spolehlivost výpočtu je potvrzena porovnáním s výsledky numerické simulace a výsledky výpočtu metodou založenou na čínských a ruských normách pro železniční výstavbu. Výsledky: Výsledky výpočtů hloubky zamrznutí půdy různými metodami jsou podobné. Pro výpočet hloubky zamrznutí půdy pro vícevrstvý systém je rozumné použít pokročilou Berggrenovou metodu. Metoda numerického modelování umožňuje predikci hloubky zamrznutí půdy včetně změny hloubky zamrzání a tání způsobené oteplováním klimatu. Praktický význam: Pro výpočet hloubky zamrznutí půdy podloží vysokorychlostních železnic je vhodné použít pokročilou Berggrenovou metodu. Vyvinutý model lze použít jak ke studiu logiky rozložení tepelného režimu podloží při mrznutí a tání, tak k projekci tloušťky ochranných vrstev proti mrazu pro konstrukci podloží vysokorychlostních železnic.

Metody pro výpočet hloubky promrznutí půdy vozovky vysokorychlostních dálnic v chladných klimatických podmínkách v Číně

Metody pro výpočet hloubky mrazu podloží vysokorychlostních dálnic v chladném podnebí v Číně

Wang Xintong, A. F. Kolos, A. V. Petrjajev

Státní univerzita železničního inženýrství císaře Alexandra I. v Petrohradu, Ruská federace, 190031, Petrohrad, Moskovský pr., 9

Pro citaci: Wang Xintong, Kolos A. F., Petryaev A. V. Metody pro výpočet hloubky mrazu podloží vysokorychlostních dálnic v chladných klimatických podmínkách v Číně // Bulletin výsledků vědeckého výzkumu. – 2023. – Číslo 1. – S. 26-37. DOI: 10.20295/2223-9987-2023-1-26-37

Cíl: Jsou vyvinuty metody pro výpočet hloubky mrazu zemin podloží vysokorychlostních železnic s ohledem na jejich vícevrstvou strukturu. Metody: Jsou zvažovány stávající metody pro výpočet hloubky mrazu zemin, je navržena vylepšená Berggrena metoda pro výpočet hloubky mrazu zemin podloží vysokorychlostních železnic a metoda pro numerické modelování teplotního režimu podloží založená na matematickém modelu zohledňujícím migraci vlhkosti. Spolehlivost výpočtů je potvrzena porovnáním s výsledky numerického modelování a výsledky výpočtů s použitím metody podle čínských a ruských železničních stavebních norem. Výsledky: Výsledky výpočtu hloubky mrazu podloží pomocí různých metod jsou podobné. Pro výpočet hloubky mrazu zemin podloží vícevrstvého systému je vhodné použít vylepšenou Berggrenovou metodu. Metoda numerického modelování umožňuje predikovat hloubku mrazu zeminy, včetně změn hloubky mrazu a tání způsobených globálním oteplováním. Praktický význam: Pro výpočet hloubky mrazu podloží vysokorychlostní železnice je vhodné použít vylepšenou Berggrenovou metodu. Vyvinutý model lze použít jak ke studiu rozložení tepelného režimu vozovky během mrznutí a tání, tak k návrhu tloušťky protimrazových vrstev pro konstrukci vozovky vysokorychlostních dálnic.

Klíčová slova: Hloubka promrznutí zeminy, vozovka vysokorychlostních dálnic, vylepšená Berggrenova metoda, numerické modelování, teplotní režim.

Hloubka sezónního zamrznutí je největší hloubka zamrznutí půdy za rok [1], pod vrstvou sezónního zamrznutí se nacházejí nezmrzlé půdy. V chladném podnebí hloubka zamrznutí významně ovlivňuje prognózu bobtnání půdy v podloží vozovky a návrh protimrazových vrstev podloží vozovky. Výpočet hloubky zamrznutí je tedy důležitým úkolem při studiu teplotního režimu podloží vozovky a stanovení její hodnoty je relevantní pro návrh a výstavbu železničních tratí.

V konstrukčních normách pro vysokorychlostní dálnice v různých zemích se konstrukce vozovky pro vysokorychlostní dálnice obvykle instaluje se dvěma ochrannými vrstvami, aby se zajistila únosnost a eliminovaly nerovnoměrné zbytkové deformace, včetně deformací způsobených mrazovým zdviháním. V tomto ohledu by při navrhování ochranných vrstev měla být jejich celková tloušťka větší než hloubka mrazu podloží vozovky.

V současné době jsou metody pro výpočet hloubky promrznutí podloží založeny především na vzorcích pro návrh jednovrstvé konstrukce podloží pro železnice, což není plně použitelné pro požadavky na dvouvrstvou konstrukci podloží pro vysokorychlostní železnice. Proto tento článek zkoumá stávající metody pro výpočet hloubky promrznutí podloží a navrhuje vylepšenou Berggrenovu metodu pro výpočet hloubky promrznutí podloží pro vysokorychlostní železnice. Dále je uveden příklad výpočtu na základě klimatických podmínek v severovýchodní Číně. Spolehlivost výpočtů je potvrzena porovnáním s výsledky numerického modelování a výsledky výpočtů metod existujících v Číně a Ruské federaci.

Stávající metody pro výpočet hloubky zamrznutí půdy

Vzhledem ke složitosti procesů probíhajících v půdách během mrazu závisí hloubka mrazu půdy na mnoha meteorologických a tepelně fyzikálních faktorech, jako je délka trvání záporné teploty vzduchu, typ půdy, její vlhkost, tloušťka sněhové pokrývky a další. Mnoho výzkumníků nebo vědců se zabývalo problematikou určování hloubky mrazu půdy a navrhlo různé metody a způsoby, jak lze hloubku mrazu určit. Existující metody pro výpočet hloubky mrazu půdy lze rozdělit na teoretické, empirické a statistické.

Jedním z prvních teoretických vzorců pro určení hloubky mrazu homogenní zeminy je Stefanův vzorec [2]:

kde * je hloubka promrznutí půdy, m; k je tepelná vodivost, J/(s⋅m² °C);

^ — index mrazu, určený součtem stupňů-dnů se zápornými teplotami během mrazu půdy, °C • dny; Ü — skupenské teplo tání, J/m². Vzhledem k nepraktičnosti přesných matematických řešení Stefanova problému mnoho výzkumníků (V. S. Lukyanov, I. A. Zolotareva, P. A. Puzakov,

A. V. Pavlov, V. M. Sidenko atd.) vyvinuli přibližná řešení [3]. Vzhledem ke složitosti vzorců byly navíc pro praktické výpočty vyvinuty nomogramy.

Pro zjednodušení stanovení hloubky mrazu navrhli vědci zabývající se permafrostem empirické vzorce vyvinuté na základě pozorovaných dat o hloubce mrazu za přirozených podmínek [3-5]. Empirické vzorce se však vyznačují omezeným použitím za různých podmínek.

Vědci dosud vyvinuli metodu pro stanovení hloubky zamrznutí na základě statistických pozorovacích dat. I. I. Leonovich [6] navrhl empirické metody pro stanovení hloubky zamrznutí za přítomnosti nebo nepřítomnosti skutečných údajů o ní.

Podle normy uvedené v publikaci „Návrh základů a základů budov a konstrukcí v Číně“ [7] se standardní hloubka mrazu rovná průměru ročních maximálních hloubek sezónního mrazu půdy (podle pozorovacích dat po dobu nejméně 10 let) na otevřené horizontální ploše bez sněhu s hladinou podzemní vody nacházející se pod hloubkou sezónního mrazu půdy; při absenci pozorovacích dat se standardní hloubka určí z vrstevnicové mapy standardní sezónní hloubky mrazu sestavené v [7]. Při navrhování vozovky železničních tratí [8] v Číně se návrhová hloubka 2a určí podle vzorce:

2a = 2o ‚U™ ‚Us ‚U*0‘ (2)

kde 20 je standardní hloubka promrznutí půdy, m; y 23 je koeficient závislý na typech půdy; y ^ je koeficient závislý na povaze mrazového vzedmutí; y je koeficient závislý na podmínkách prostředí; y x 0 je koeficient závislý na terénu.

Při návrhu vozovky železniční trati v Ruské federaci podle SP 32-104-98 [9] se vypočítaná hloubka zamrznutí určuje součinem korekčních faktorů podle vzorce:

2 a = kapitola • 2max‘ (3)

kde d je koeficient, který zohledňuje typ drenážní půdy;

p je koeficient zohledňující typ konstrukce vozovky; t je koeficient zohledňující nárůst hloubky promrznutí vozovky ve srovnání s dlouhodobými a průměrnými údaji; 2max je maximální hloubka sezónního promrznutí vozovky tvořené odvodňujícími zeminami z vrcholu štěrkového hranolu; určená průměrem

dlouhodobá hodnota součtu stupňostupňů (O, °C • dní) záporných teplot venkovního vzduchu pomocí nomogramu, který je přijat dle [10].

V silničním stavitelství jsou metody pro stanovení hloubky zamrznutí podloží používané v Japonsku a Francii pomocí empirického vzorce podobné (používá se index zamrznutí). V Německu je území na základě měření rozděleno do tří silničně-klimatických zón, tloušťka protimrazových vrstev se určuje v různých silničně-klimatických zónách s přihlédnutím ke kategorii tratí, úrovni zatížení a rychlosti pohybu.

Vylepšená Berggrena metoda

Vylepšená Berggrenova metoda je jednorozměrné řešení pro výpočet hloubky mrazu vícevrstvé konstrukce, podle kterého je hloubka mrazu X určena vzorcem [11]:

kde X je bezrozměrný koeficient;

k — tepelná vodivost půdy, cal/cm s °C; Ü — skupenské teplo tání ledu, cal/cm ;

F je index mrazu, určený součtem stupňostupňových dnů se zápornými teplotami během mrazu půdy, °C • dny.

Pro vícevrstvý systém se hodnota b ve vzorci (4) určí následovně:

Jaká je hloubka zamrznutí půdy a v jakých případech je to důležité

Hloubka zamrznutí půdy na Ukrajině je Toto je jeden ze základních parametrů ve stavebnictví, bez kterého nelze vypočítat základ. V tomto článku si přesně řekneme, jak půda (a její specifický typ) reaguje na mráz, proč se tento parametr v jednotlivých regionech země liší a jak ovlivňuje výběr konstrukce a betonu pro základ.

Proč je důležité správně určit tento parametr?

Bez ohledu na zatížení základů budovy by hloubka základů měla být alespoň o 30-40 cm větší než hloubka mrazu. Hmotnost zvoleného materiálu stěny, ať už jde o cihlu, pórobeton, keramický blok, stejně jako hmotnost monolitické podlahy nebo železobetonových podlahových desek, neovlivňuje hloubku základů.

Hloubka zamrznutí půdy – toto není jen ukazatel toho, jak hluboko pod domem promrzá země. Je to parametr, který říká, JAK se daný typ půdy chová při záporných teplotách v určité hloubce. Proto se vždy bere v úvahu podzimně-jarní období, kdy je půda nasycena vlhkostí, bobtná a rozpíná se. Odborníci se obecně více zajímají o mrazové zvedání – jde o zvětšení objemu půdy během období záporných teplot. Dochází k němu proto, že hustota ledu je přibližně o 9–10 % nižší než hustota vody a při stejné hmotnosti zabere led více prostoru. Objem pozemku pod budovou v létě se nerovná objemu v zimě.

Nyní je čas si vzpomenout na uniformitu. Pokud je dům vytápěný, hloubka promrznutí půdy v Kyjevě podle SNiP nebo jakékoli jiné město se může snížit až třikrát od standardního. Toto je první. Druhým je, že bez ohledu na geometrii konstrukce a geografickou polohu budovy nemůže půda promrznout rovnoměrně. Například na jižní straně bude během zdvižení stoupání 5 cm a na severní straně 15 cm. To může být ovlivněno čímkoli:

• Umístění budovy na nerovném terénu (nepravidelný tvar)
• Odvedení dešťové vody na jednu stranu domu
• Složení půdy se v celé ploše domu liší.

Za třetí: po rozmrazení země na jaře se její geometrie nezmění ve stejném stavu jako před mrazem. To znamená, že každoročně dochází k významné deformaci, což je třeba vzít v úvahu při návrhu a stavbě základů.

Důležité: v případě, že není možné použít tabulka mrazuvzdornosti půdy na Ukrajině, postavený na základě dlouhodobých pozorování, se používá systém výpočtů tepelné techniky. To provádí inženýr, který vytváří projekt budoucí budovy.

Na čem tento parametr závisí?

Hloubka zamrznutí půdy záleží na:

• Typ a složení půdy.
• Stupně vlhkosti.
• Úroveň záporných teplot v zimě.

Všechny tyto parametry jsou ale neuvěřitelně relativní. Například v zimě může minimální teplota jeden rok dosáhnout -7 stupňů a další rok -25. Klima je dnes proměnlivé. Stejně tak je to se složením půdy – může se dramaticky lišit i v rámci jedné oblasti. Pokud jde o vlhkost, ta závisí na: 1) podzemní vodě (její blízkosti k povrchu); 2) povaze podzimního počasí (čím více deště před mrazem, tím vlhčí je půda).

Z nepřímých, ale významných faktorů je třeba zvážit samotnou konstrukci budovy. Například u nevytápěného skladovacího prostoru by se hloubka měla uvažovat větší a při stavbě domu s hlubokým vytápěným suterénem bude menší.

Poznámka: normativní hloubka mrazu a skutečnost nejsou totéž!

Jak zjistit hloubka promrznutí půdy na Ukrajině podle DBN

Toto je úkol pouze pro odborníky, protože výsledek závisí na správném výpočtu s použitím poměrně složitého vzorce podle DBN V.2.1-10. (bod 7.5.2; bod 7.5.3).

• Chemické a strukturní složení půdy
• Studium jeho fyzikálních vlastností
• Stanovení hladiny podzemní vody
• Vliv sousedních budov na teplotní podmínky atd.

Kraj	Maximální hloubka mrazu, cm
Autonomní republika Krym	60
Vinnycká oblast
Volyňská oblast	80
Dněpropetrovská oblast	90
Doněcká oblast	95	Město Bachmut – 80 cm
Zhytomyr region	100
Zakarpatská oblast	65	Město Užhorod – 63 cm
Záporožská oblast	80
Ivanofrankivská oblast	70
Kyjevská oblast	90	Kyjev – 80-90 cm
Kirovogradská (Kropyvnytskyi) oblast	80	Maximální zaznamenaná vzdálenost – 100 cm
Luhanská oblast	100
Lvovská oblast	80
Oblast Nikolaevskaja	60
Одесская область	60
Region Poltava	90
Rovenskaja oblast	100	Město Rivne – 70 cm
Sumy region	95
Oblast Ternopil	80
Charkovská oblast	95
Chersonská oblast	60	80-90 cm – standardní
Khmelnitsky region	80
Čerkasská oblast	90	Maximum – 110 cm v roce 1986.
Černovická oblast	75
Černihovská oblast	95

Tato tabulka slouží pouze pro informační účely, protože obsahuje průměrné údaje z různých zdrojů. Například na severu a jihu jednoho regionu se hodnoty mohou lišit až o 20 cm.

Kontaktujte profesionály!