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(WcWн) + 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.