Расчетные значения теплофизических характеристик талых и мерзлых грунтов
Теплофизические свойства
Воднопрочностные свойства мерзлых пород
Размываемость и размокаемость относятся к водопрочностным характеристикам мерзлых пород и необходимы для оценки термоэрозионной опасности. Они используются при оценке скорости переработки берегов.
Размываемость – это свойство, характеризующее их способность отдавать агрегаты и элементарные частицы грунта текучей воде в результате одновременного теплового и механического воздействия воды. Размываемость мерзлых пород зависит от характера структурных связей в породе, льдистости и типа криогенной текстуры.
Размокаемость – способность мерзлых пород терять связность и превращаться в рыхлую массу при взаимодействии с водой. Размокание мерзлой породы является результатом растворения льда и ослабления связей между грунтовыми частицами при набухании.
Теплофизические свойствапород при кондуктивной передаче тепловой энергии оцениваются тремя основными характеристиками: теплоемкостью, теплопроводностью и температуропроводностью.
Под теплоемкостью пород подразумевают количество тепла, которое необходимо сообщить единице массы или объема породы, чтобы изменить ее температуру на 1 ̊С.
При этом различают удельную или объемную теплоемкость. Существует также понятие эффективной теплоемкости, в которой учитывается и скрытая теплота фазового перехода. Коэффициент теплопроводности (λ, Вт/м*К) характеризует породу в отношении ее способности переносить тепловую энергию и численно равен потоку тепла, проходящего через единицу площади породы в единицу времени при температурном градиенте, равном единице.
Температуропроводность пород выражается через коэффициент температуропроводности (а, м2/с), который является показателем инерционности температурного поля и связан с коэффициентами теплоемкости и теплопроводности следующим соотношением: а= λ / Соб.
Таблица 17
| Объемная масса γ0, т/м3 | Суммарная влажность Wс, доли единицы | Коэффициент теплопроводности грунта, ккал/(м ч 0С) | Объемная теплоемкость грунта, ккал/(м3 0С) | ||||||
| Пески | Супеси | Суглинки и глины | |||||||
| λт | λм | λт | λм | λт | λм | ст | см | ||
| 1,2 | 0,05 | 0,40 | 0,52 | - | - | - | - | ||
| 1,2 | 0,10 | 0,62 | 0,79 | 0,38 | 0,45 | - | - | ||
| 1,4 | 0,05 | 0,57 | 0,69 | - | - | - | - | ||
| 1,4 | 0,10 | 0,87 | 1,08 | 0,52 | 0,69 | 0,44 | 0,68 | ||
| 1,4 | 0,15 | 1,00 | 1,25 | 0,71 | 0,88 | 0,56 | 0,84 | ||
| 1,4 | 0,20 | - | - | 0,84 | 1,05 | 0,65 | 0,94 | ||
| 1,4 | 0,25 | - | - | 0,92 | 1,16 | 0,72 | 1,00 | ||
| 1,6 | 0,05 | 0,75 | 0,91 | - | - | - | - | ||
| 1,6 | 0,10 | 1,05 | 1,35 | - | - | - | - | ||
| 1,6 | 0,15 | 1,25 | 1,60 | 0,93 | 1,10 | 0,72 | 0,98 | ||
| 1,6 | 0,20 | 1,36 | 1,73 | 1,05 | 1,29 | 0,88 | 1,12 | ||
| 1,6 | 0,25 | 1,41 | 1,82 | 1,16 | 1,44 | 0,96 | 1,24 | ||
| 1,6 | 0,30 | - | 1,93 | 1,20 | 1,55 | 1,00 | 1,30 | ||
| 1,6 | 0,35 | - | - | 1,30 | 1,65 | 1,05 | 1,35 | ||
| 1,6 | 0,40 | - | - | - | 1,72 | 1,10 | 1,41 | ||
| 1,6 | 0,60 | - | - | - | - | - | 1,50 | - | |
| 1,8 | 0,10 | 1,30 | 1,60 | - | - | - | - | ||
| 1,8 | 0,15 | 1,55 | 1,90 | 1,19 | 1,31 | 1,00 | 1,23 | ||
| 1,8 | 0,20 | 1,65 | 2,10 | 1,34 | 1,52 | 1,12 | 1,38 | ||
| 1,8 | 0,25 | 1,75 | 2,23 | 1,43 | 1,70 | 1,24 | 1,53 | ||
| 1,8 | 0,30 | - | 2,23 | 1,48 | 1,82 | 1,28 | 1,61 | ||
| 1,8 | 0,35 | - | - | 1,51 | 1,93 | 1,33 | 1,66 | ||
| 1,8 | 0,40 | - | - | - | 2,00 | 1,40 | 1,72 | ||
| 1,8 | 0,60 | - | - | - | - | - | 1,80 | - | |
| 2,0 | 0,15 | 1,76 | 2,20 | 1,40 | 1,50 | - | - | ||
| 2,0 | 0,20 | 2,00 | 2,42 | 1,56 | 1,75 | 1,24 | 1,50 | ||
| 2,0 | 0,25 | 2,26 | 2,72 | 1,73 | 1,93 | 1,35 | 1,65 | ||
| 2,0 | 0,30 | - | - | 1,80 | 2,10 | 1,44 | 1,75 | ||
| 2,0 | 0,35 | - | - | - | - | 1,53 | 1,86 |
Примечание. Значения См в таблице даны для температуры – 10 0С. В интервале температур от – 0,5 до – 10 0С См определяется в зависимости от количества незамерзшей воды при заданной температуре по формуле См = (1/Wc)[ См(Wc – Wн) + Ст Wн].
Морозостойкость обусловлена способностью горных пород выдерживать без разрушения многократное замораживание, чередующееся с оттаиванием. Морозостойкость оценивается числом циклов замораживания и оттаивания пород и соответствующей потерей их прочности.