Теплофизические свойства мерзлых грунтов

К теплофизическим свойствам мерзлых грунтов относят коэффициент теплопроводности, удельную (объемную) теплоемкость и коэффициент температуропроводности.

Теплопроводность

Коэффициент теплопроводности характеризует способность мерзлого грунта переносить тепловую энергию и равен потоку тепла, проходящего по нормали через единицу площади в единицу времени при температурном перепаде, равном единице.

Коэффициент теплопроводности мерзлых пород является функцией коэффициентов теплопроводности и количеств слагающих его компонентов: органо-минерального скелета, воды, льда.

Поскольку коэффициенты теплопроводности слагающих компонентов сравнительно мало зависят от температуры, коэффициент теплопроводности самих пород в талом или полностью промерзшем состоянии также считают не зависящим от температуры. Таким образом, различают коэффициент теплопроводности талых пород Хт (чаще всего его определяют при температуре +4 или +20 °С) и коэффициент теплопроводности мерзлых пород Хм (при температуре -10--15 °С).

Коэффициент теплопроводности промерзающих или протаивающих пород Хм (?), в отличие от талых или полностью промерзших, существенно зависит от температуры. Это объясняется тем, что при промерзании непрерывно изменяется соотношение между содержанием льда и незамерзшей воды с резко различными коэффициентами теплопроводности. Полагая, что изменение величины Хм (?) от температуры пропорционально содержанию способной к замерзанию влаги, получена следующая зависимость [11]:

где WH — количество незамерзшей воды.

Еще один метод, предложенный О. Johansen [17], позволяет найти теплопроводность как функцию коэффициентов теплопроводности породы в сухом и насыщенном состояниях:

где Xsat — теплопроводность породы в насыщенном состоянии; Я,а<=0,75"Я(;-л) в незамерзшем состоянии;

Хш = 2,2"Я*1-"'0,269й" в замерзшем состоянии; Wu — содержание незамерзшей воды (доли единицы); п — пористость грунта; Я, — эффективная теплопроводность минеральной составляющей, ЯЛ. = 1,1е' -2,01-9, если q > 0,20 и Xs = 1,1Ч -3,01_если q < 0,20; q — доля кварца к общему минеральному содержанию (доли единицы); Xdiy — теплопроводность грунта в

, 0,1377/ +64,7

сухом состоянии, а,, =- — если грунт не-

J dry 2700 —0,947yrf

нарушенного сложения, Xdry = 0,39«-22 — в случае нарушенного сложения; yd — плотность грунта в сухом состоянии [кг/л/3 ]; Яе — число Керстена, Хе = 0,7 • log Sr +1,0 — для крупнодисперсных немерзлых пород, Хе = log Sr +1,0 — для тонкодисперсных, Ле = Sr — для любых мерзлых пород;

Q _|_ Q

Sr = —----степень насыщения (доли единицы).

п

Данный метод дает наиболее точные результаты для мерзлых и немерзлых, крупно и мелкодисперсных грунтов с различной степенью насыщения свыше 0,1 [17].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >