Шуваев А.Н.

УДК 519.63

ШУВАЕВ АНАТОЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор,

директор инжинирингового центра,

anshuvaev46@mail.ru

Тюменский государственный университет,

625003 г. Тюмень, ул. Володарского, 6

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГРУНТОВЫХ НАСЫПЕЙ ИЗ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Одной из проблем освоения природных ресурсов Сибири является отсутствие развитой сети железных и автомобильных дорог. Наличие, почти на всей территории, непригодных для возведения насыпей рыхлых горных пород поставило перед наукой ряд задач о переводе их в группу пригодных. Практика транспортного строительства в особых условиях Сибири за последние два десятилетия накопила опыт и расширила перечень применяемых в конструкциях насыпей местных материалов, одними из которых являются мерзлые глинистые и торфяные грунты. Прочность, надежность и долговечность таких грунтовых массивов зависят от его водно-теплового режима и напряженно-деформированного состояния. В разработанной физико-механической модели принципиальным моментом, отличающим ее от известных, является достаточно подробный учет взаимного влияния температурного поля, распределения влажности, льдистости, а также напряжений и деформаций. Температура и влажность влияют на прочностные и деформационные свойства грунта, а напряжения и деформации в свою очередь изменяют физические параметры влажности и температурного поля, что существенно усложняет задачу в математическом плане, но позволяет приблизить постановку задач к особенностям реальных условий эксплуатации насыпей в Сибири.

Ключевые слова: температурное поле; деформации; грунт; влажность; время; пористость; модель; напряжение; температура.

Библиографический список

  1. Шуваев, А.Н. Земляное полотно из мерзлых грунтов / А.Н. Шуваев. – М. : Недра, 1997. –155 с.
  2. Нигматулин, Р.И. Динамика многофазных сред / Р.И. Нигматулин. – М. : Наука, 1987. – Ч. I. – 464 с.; Ч. II. – 360 с.
  3. Цытович, Н.А. Механика мерзлых грунтов / Н.А. Цытович. – М. : Высшая школа, 1973. – 445 с.
  4. Цытович, Н.А. Основы прикладной геомеханики в строительстве / Н.А. Цытович, З.Г. Тер-Мартиросян. – М. : Высшая школа, 1981. – 318 с.
  5. Лыков, А.В. Тепломассообмен : справочник / А.В. Лыков. – М. : Энергия, 1978. – 480 с.
  6. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд / под ред. И.А. Золотаря, Н.А. Пузакова, В.М. Сиденко. – М. : Транспорт, 1971. – 410 с.
  7. Золотарь, И.А. Теоретические основы применения тонкодисперсных грунтов при возведении земляного полотна автомобильных дорог в северных районах области многолетнемерзлых грунтов / И.А. Золотарь. – Л., 1961. – 422 с.
  8. Флорин, В.А. Основы механики грунтов / В.А. Флорин. – Л., 1959. – 541 с.
  9. Пузаков, Н.А. Водно-тепловой режим земляного полотна и автомобильных дорог / Н.А. Пузаков. – М. : Автотрансиздат, 1960. – 168 с.
  10. Кудрявцев, В.А. Общее мерзлотоведение (геокриология) / В.А. Кудрявцев. – М. : Изд-во МГУ, 1978. – 464 с.

______________________________

ANATOLii N. SHUVAEV, DSc, Professor,

anshuvaev46@mail.ru

University of Tyumen,

6, Volodarskii Str., 625003, Tyumen, Russia

PHYSICAL AND MATHEMATICAL SIMULATION OF FROZEN SOIL EMBANKMENTS

One of the problems of natural resource development in Siberia is the absence of the advanced network of railway and automobile roads. Rocks unsuitable for the embankment construction almost over the whole region pose the problem of their transformation into suitable. The transport facility construction within the complicated Siberian conditions has accumulated the experience for the past two decades and expanded the list of local materials used in the structures, such as frozen clayey and peat soils. The durability and reliability of this soil mass depend upon its thermal conditions and stress-strain state. The suggested model takes into account the interaction between temperature field, moisture distribution, iceness, strain, and stress. The temperature and moisture have an effect on the stress-strain state of soil which, in turn, modifies the physical parameters of moisture and temperature field. This complicates the mathematical solution of the problem, but approximates it to the real behavior of embankments in Siberian conditions.

Keywords: temperature field; strain; soil; moisture; time; porosity; model; strain.

References

  1. Shuvaev A.N. Zemlyanoe polotno iz merzlykh gruntov [Frozen soil roadbed]. Moscow: Nedra Publ., 1997. 155 p. (rus)
  2. Nigmatulin R.I. Dinamika mnogofaznykh sred [Dynamic of multi-phase mediums]. Moscow: Nauka Publ., 1987. Pt. I. 464 p.; Pt. II. 360 p. (rus)
  3. Tsytovich N.A. Mekhanika merzlykh gruntov [Mechanics of frozen soil]. Moscow: Vysshaya Shkola Publ., 1973. 445 p. (rus)
  4. Tsytovich N.A. Ter-Martirosyan Z.G. Osnovy prikladnoi geomekhaniki v stroitel'stve [Applied geomechanics in construction]. Moscow: Vysshaya Shkola Publ., 1981. 318 p. (rus)
  5. Lykov A.V. Teplomassoobmen [Heat exchange]. Moscow: Energiya Publ., 1978. 480 p. (rus)
  6. Puzakov N.A., Zolotar' I.A., Sidenko V.M. et al. Vodno-teplovoi rezhim zemlyanogo polotna i dorozhnykh odezhd [Thermal conditions of roadbed and pavements]. Moscow: Transport Publ., 1971. 410 p. (rus)
  7. Zolotar' I.A. Teoreticheskie osnovy primeneniya tonkodispersnykh gruntov pri vozvedenii zemlyanogo polotna avtomobil'nykh dorog v severnykh raionakh oblasti mnogoletnemerzlykh gruntov [Theoretical basics of fine soil use for roadbed construction in permafrost zone]. Le­ningrad, 1961. 422 p. (rus)
  8. Florin V.A. Osnovy mekhaniki gruntov [Principles of soil mechanics]. Leningrad, 1959. 541 p. (rus)
  9. Puzakov N.A. Vodno-teplovoi rezhim zemlyanogo polotna i avtomobil'nykh dorog [Thermal conditions of roadbed and pavements]. Moscow: Avtotransizdat Publ., 1960. 168 p. (rus)
  10. Kudryavtsev V.A. Obshchee merzlotovedenie (geokriologiya) [General permafrost studies (cryopedology)]. Moscow: MGU Publ., 1978. 464 p. (rus)

Статья | (488 Кб)