Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, актуальность работы, цель, задачи и методика исследований 7
1.1. Состояние и проблемы развития транспортной системы, стратегические направления и задачи развития транспортной системы Республики Саха (Якутия). Актуальность работы 7
1.2. Природные условия Центральной Якутии. Цель и задачи работы ... 11
1.3. Методика исследований 21
2. Особенности формирования расчетной температуры среды 29
2.1. Постановка задачи и методика работы 29
2.2. Температура наружного воздуха и воды в водотоке 42
2.3. Приведенные температуры воздуха с учетом солнечной радиации и испарения для поверхностей с естественным растительным покровом
2.4. Приведенные температуры воздуха с учетом солнечной радиации и испарения для оголенных от растительности поверхностей 59
2.5. Температура воздуха в полости водопропускной трубы 65
2.6. Выводы по главе 2 69
3. Особенности формирования термических сопротивлений на поверхности 70
3.1. Постановка задачи и методика работы 70
3.2. Термические сопротивления на поверхностях с ненарушенным растительным покровом 79
3.3. Снегоотложения в пределах земляного полотна и искусственных сооружений 107
3.4. Термические сопротивления в зонах с нарушенным снежным или нарушенным растительным покровом 118
3.5. Расчетные схемы расположения зон с различными граничными условиями 131
3.6. Выводы по главе 3 131
4. Обоснование и исследование принципа использования оголенных от снега поверхностей 137
4.1. Постановка вопроса 137
4.2. Температурный режим насыпи в неблагоприятных температурных условиях без конструктивных мероприятий 141
4.3. Исследование работы навесов 152
4.4. Исследование охлаждающего влияния труб в теле земляного полотна 163
4.5. Исследование эффекта ступенчатости распределения снежных отложений по откосу 172
4.6. Выводы по главе 4 178
5. Разработка конструктивных решений земляного полотна и искусственных сооружений, основанных на использовании принципа оголенной от снега поверхности 181
5.1. Местные и внутренние навесы 181
5.2. Применение вертикальных поверхностей и крутых откосов 186
5.3. Другие возможные схемы формирования оголенных от снега поверхностей 193
5.4. Выводы по главе 5 195
6. Перспективы, области применения, внедрение и эффективность выполненных разработок 196
6.1. Возможные пути управления температурным режимом грунтов оснований и перспективы использования сделанных разработок 196
6.2. Новые конструктивные решения по перспективным направлениям управления температурным режимом грунтов основания 199
6.3. Внедрение разработок 204
6.4. Перспективы дальнейшего внедрения разработок и экономическая эффективность 205
Заключение 207
Список использованной литературы
- Природные условия Центральной Якутии. Цель и задачи работы
- Приведенные температуры воздуха с учетом солнечной радиации и испарения для поверхностей с естественным растительным покровом
- Снегоотложения в пределах земляного полотна и искусственных сооружений
- Исследование эффекта ступенчатости распределения снежных отложений по откосу
Введение к работе
Актуальность. Дороги - один из главных факторов развития региона и страны в целом Социально-экономическое развитие и жизнедеятельность республики с ее огромной территорией, на тысячи километров удаленной от крупных промышленных центров России, во многом определяется состоянием и эффективностью функционирования транспортной системы
Высокая стоимость перевозок на самолетах и вертолетах, неразвитость сети железных и автомобильных дорог является сегодня реальным ограничивающим фактором в обеспечении свободы перемещения населения и решения жизненно важных социальных задач
Саха - Якутия является по территории крупнейшим субъектом Российской Федерации (площадь территории составляет 3,2 млн квадратных километров) В связи с тем, что она расположена в зоне активного влияния геокриологических процессов и вечной мерзлоты, республика имеет протяженность всего 30,2 тысяч километров автомобильных дорог, из которых более половины представлены временными (сезонными) дорогами - автозимниками, а сеть регулярных автомобильных дорог общего пользования республики составляет 19,8 тысяч км
На территории Республики Саха (Якутия) протекает 500 тыс рек и речек общей протяженностью 1,5 млн км Густота речной сети Якутии составляет около 0,5 км на 1 кв км площади По тем же причинам - сложности геокриологических условий, из имеющихся в республике 520 мостов более 70% находятся в неудовлетворительном состоянии Из имеющихся 3730 труб более 50% находятся т акже в неудовлетворительном состоянии
В настоящее время, в связи с прогнозируемым глобальным потеплением климата, чрезвычайно актуальной является проблема поиска конструктивно-технологических решений дорог, обеспечивающих безопасность движения в условиях деградации мерзлоты
Таким образом, актуальность данной работы определяется, с одной стороны, жизненной необходимостью массового строительства дорог, а, с другой, нерешенностью целого ряда проблем, в том числе, влияния изменения геокриологических условий территории на конструктивные решения земляного полотна и водопропускных сооружений с учетом обеспечения их устойчивости и экономической целесообразности
Цель работы разработать рекомендации по проектированию конструкций земляного полотна и искусственных сооружений, обеспечивающие повышение их надежности и снижение стоимости на основе учета и использования климатических и мерзлотно-грунтовых особенностей региона.
Методы исследования - математическое моделирование тепловых процессов на ЭВМ в сочетании с натурными наблюдениями за поведением инженерных сооружений и обобщением опыта проектирования автодорог в условиях Якутии
Научная новизна работы определяется выявленными новыми закономерностями формирования температурного режима грунтов тела и оснований земляного полотна и малых искусственных сооружений на автомобильных дорогах в климатических и мерзлотно-грунтовых условиях Центральной Якутии при рациональных конструктивных решениях этих сооружений Эти закономерности выражаются следующим
выявлены особенности влияния различных видов поверхностных покровов (лес, поле, граница между лесом и полем, оголенная от растительности поверхность) на формирование температурного режима грунтов в естественных (ненарушенных) условиях теплообмена,
определен характер снегоотложений в пределах водопропускных труб, мостов и тела земляного полотна,
получены зависимости величины снегоотложений на откосе выемки или насыпи от крутизны откоса,
получены зависимости изменения основных параметров температурного режима грунтов оснований и тела насыпей от ширины и вида солнце- и осадко-защитных навесов, выявлен эффект понижения температуры грунтов при устройстве навеса с разрядкой,
получена зависимость изменения в течение года температуры воздуха в полости водопропускных труб от температуры наружного воздуха вне трубы,
сформулированы расчетные значения среднемесячных приведенных температур воздуха с учетом солнечной радиации и испарения и термических сопротивлений теплообмену на поверхности для различных расчетных зон,
разработаны расчетные схемы расположения зон различных граничных условий для проведения прогнозных мерзлотных расчетов,
выявлен эффект понижения температуры грунтов при применении ступенчатого профиля откосов земполотна,
сформулирован и всесторонне обоснован один из основных принципов рационального использования климатических и мерзлотно-грунтовых условий Центральной Якутии при разработке конструктивных мер по обеспечению устойчивости земляного полотна и малых искусственных сооружений - принцип формирования оголенных от снега поверхностей
Практическая значимость На основании выполненных автором исследований разработаны научные основы осуществления прогноза и регулирования температурного режима вечномерзлых грунтов тела и оснований земляного полотна и искусственных сооружений автодорог применительно к климатическим и мерзлотно-грунтовым условиям Центральной Якутии разработаны схемы расположения зон граничных условий и для каждой из них даны расчетные значения приведенных температур воздуха и коэффициентов теплопередачи Сформулированы основные принципы подхода к разработке конструктивных мероприятий для рассматриваемого региона Разработан комплекс конструктивных мероприятий
В результате созданы предпосылки для снижения стоимости и повышения надежности автомобильных дорог
Реализация результатов работы Результаты работы использованы при разработке нормативно-рекомендательного документа по методам прогноза температурного режима вечномерзлых грунтов оснований автодорог Якутии, при проектировании автодорог и ж д линии Якутск - Томмот
Апробация работы Основные положения диссертации докладывались на секции «Комплексные проблемы транспортного строительства (изыскание, проектирование, строительство и реконструкция дорог, систем энергоснабжения, гидротехнических и защитных сооружений, обследования и испытания, экологическая безопасность, чрезвычайные ситуации)» Ученого совета ОАО ЦНИИС (2007 г), на Третьей конференции геокриологов России (МГУ, Москва, 2005 г), на научно-практической конференции «Проектирование и строительство транспортных объектов в условиях Республики Саха (Якутия) (Якутск, 2003 г), на III евразийском симпозиуме по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (Якутск, 2006 г ), на семинаре-совещании «Обеспечение надежности строящихся сооружений ж д линии Томмот - Кердем на участке «Ледового комплекса» (Якутск, 2007 г) Достоверность полученных результатов подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов численных расчетов и непосредственных измерений в натуре
Публикации По теме диссертации опубликовано 25 работ, в том числе получено 12 патентов на изобретение и полезные модели Результаты работы автора отражены кроме того в 11 научных отчетах ОАО ЦНИИС, где диссертант являлся соисполнителем, а также в проектах строительства или ремонта более чем 2000 км автомобильных дорог Центральной Якутии, выполненных с участием или под руководством диссертанта
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников Она содержит 13Ь страниц текста, 95~ рисунков, h 3 таблиц
Природные условия Центральной Якутии. Цель и задачи работы
Дороги - один из главных факторов развития региона и страны в целом. Социально-экономическое развитие и жизнедеятельность республики с ее огромной территорией, на тысячи километров удаленной от крупных промышленных центров России, во многом определяется состоянием и эффективностью функционирования транспортной системы. Только 16% населения проживают в зоне круглогодичного транспортного сообщения, из 629 сельских населенных пунктов лишь 48 связаны с районными центрами дорожной сетью с твердым типом покрытия, 25 районов из 33 не имеют надежной транспортной связи с центром республики и близлежащими районами.
Высокая стоимость перевозок на самолетах и вертолетах, неразвитость сети железных и автомобильных дорог является сегодня реальным ограничивающим фактором в обеспечении свободы перемещения населения и решения жизненно важных социальных задач. Транспортные затраты оказывают значительное влияние на повышение издержек производства предприятий республики Саха (Якутия), которые вынуждены изымать значительный объем оборотных средств на создание запасов материальных ресурсов.
В выступлении министра транспорта, связи и информатизации Республики Саха (Якутия) Членова В.М. на Совете по науке и техническому прогрессу при Президенте Республики Саха (Якутия) Штырове В.А. [7] сказано: «Транспортный комплекс республики в период с 2002 г. и особенно в прошедшем 2006 году активно вступил в принципиально новую стадию развития, главной задачей которой является признание общенационального приоритета круглогодичных транспортных коммуникаций на территории нашей республики, как инфроструктурной основы развития её экономики и экономики всего Дальнего Востока страны. Окончательно стало реальностью создание новой и главной транспортной оси региона — железной дороги Беркакит-Томмот-Якутск с возведением железнодорожно-автомобильного моста через реку Лену. В совокупности с автомобильной, а в дальнейшем железной дорогой Якутск-Магадан, магистральным нефтепроводом Восточная Сибирь - Тихий океан, и с мощнейшей линией электропередачи по территории Якутии пройдёт пучок коммуникаций транспорта, электропередачи и связи огромной мощности. Это в недалёком будущем покончит с ограниченной транспортной доступностью подавляющей части населения республики, обусловит переход её экономики и социума на современный уровень цивилизации, переход транспортной системы на современную наземную технологическую».
Являясь по территории крупнейшим субъектом Российской Федерации (площадь территории составляет 3,2 млн. квадратных километров) республика имеет протяженность всего 30,2 тысяч километров автомобильных дорог, из которых более половины представлены временными (сезонными) дорогами - автозимниками. Сеть автомобильных дорог республики включает 19,8 тысяч км. дорог общего пользования, что составляет 65%. Из общей протяженности дорог общего пользования доля дорог федерального уровня - 2,1 тысяч км, или 11%, территориальных - 17,7 тысяч км. или 89%. По типу покрытия сеть дорог общего пользования имеет дороги с твердым покрытием 7,36 тысяч км или 37% и с усовершенствованным - 591 км. или 2%. В сети дорог общего пользования нет дорог высших категорий (I и II), к параметрам III технической категории соответствует только автомобильная дорога федерального значения «Лена», а также небольшие участки по дорогам республиканского значения протяженностью 171 км. Автодороги «Лена» и «Колыма» обеспечивают межрегиональные автотранспортные связи республики. Территориальные автомобильные дороги республиканского значения «Вилюй», «Амга», «Кобяй», «Умнас», «Нам», «Анабар», «Яна», «Борогон», «Оймякон» обеспечивают внутриреспубликанские перевозки.
Стратегические направления развития транспортной системы Республики Саха (Якутия). Формирование всесезонной опорной транспортной сети без разрывов и «узких мест»" относится к приоритетным государственным задачам и должна обеспечить благоприятные условия для развития экономики и социальной сферы республики, эффективное функционирование производства и рынка, снижение транспортных издержек, создание необходимых предпосылок для интеграции республики в единое экономическое пространство страны и в Азиатско-Тихоокеанский регион. Основу всесезонной опорной транспортной сети республики должны составить железнодорожная линия Беркакит-Томмот-Якутск и автомобильные дороги с твердым покрытием в комплексе с надежным функционированием авиации и в навигационный период водного транспорта. Опорная транспортная сеть будет формироваться в контексте создания российских и транснациональных транспортных коридоров. Строительство железной дороги до г.Якутска позволит соединить широтные национальные транспортные магистрали: Транссибирскую и БАМ, с одной стороны, и Северный морской путь, с другой. Завершение строительства автомобильных дорог «Колыма», «Вилюй» и «Амга» позволит полноценно интегрироваться в межрегиональные транспортные потоки с Магаданской, Иркутской, Амурской областями и Хабаровским краем. В процессе формирования всесезонной опорной сети путей сообщений произойдет изменение распределения направлений грузопотоков и объемов перевозок с увеличением доли наземных видов транспорта.
Приведенные температуры воздуха с учетом солнечной радиации и испарения для поверхностей с естественным растительным покровом
Температура наружного воздуха, замеренная на метеостанции, должна быть откорректировала на солнечную радиацию и испарение с поверхности. Поправки вводим в соответствии с методикой, разработанной в ЦНИИСе и изложенной в работе [88, стр. 37 - 49].
Расчетная величина среднемесячной приведенной (т. е. учитывающей испарение и радиационный теплообмен) температуры воздуха определяется по формуле: tnp = t + Atr-AtE, (2.1) где t - среднемесячная температура воздуха, определяемая по данным, имеющимся в климатологических справочниках и в СНиПе [97], С; Atr и Ate - поправки к среднемесячным температурам воздуха за счет солнечной радиации и испарения, С. Расчет поправки Atr к температуре воздуха за счет поступления солнечной радиации произведен по формуле: Atr=—-—, (2.2) г 0,073а где г - среднемесячная сумма радиационного баланса для рассматриваемого элемента поверхности, ккал/см2-мес; а — коэффициент теплообмена на поверхности грунта, ккал/м2-час-град, приближенно вычисляемый по формуле: a = 10-Vv, (2.3) где V — скорость ветра, м/с; 5Y 0,073 - коэффициент перевода радиационного баланса из системы ( ккал ккал единиц одной в другую — в — . чем -мес м -часу Поправка Ats к температуре воздуха за счет испарения рассчитывается по работе [88, стр. 44 - 48]. Эмпирическим путем ЦНИИСом выведена более простая методика приближенного расчета: Ate = Atr к, (2.4) где к - коэффициент, учитывающий характер поверхности, принимается по табл. 2.4. Среднемесячные суммы радиационного баланса принимаем по табл. 5 работы [12] Эти данные приведены в строчке 1 табл. 2.3.
Далее по ф. (2.2) производим расчет Atr (строчка 2 табл. 2.3). Для расчета Atr по ф. (2.2) нам кроме радиационного баланса необходимо знание коэффициента теплообмена а, которое, в свою очередь, определяем по ф. (2.3). В соответствии с табл. VI работы [12] среднегодовая скорость ветра равна 2,4 м/с, что даст значение а, равное 15 ккал/(м -час-град).
Фактически принятое среднегодовое значение а = 15 ккал/(м2-час-град) идет несколько в запас, поскольку в летний период, когда приходит наибольшее количество тепла за счет радиации, ветер более сильный, чем зимой (см. табл. VI работы [12]). Летнее значение а составит 18-19 ккал/(м -час-град).
Поправку Ate рассчитываем по ф. (2.4) и вносим в строчку 3 табл. 2.3.
Таким образом, приведенная температура наружного воздуха для горизонтальной поверхности с естественным растительным покровом на открытой местности, т. е. в поле, полученная за счет сложения по ф. (2.1) второй, третьей и четвертой строчек табл. 2.3, приведена в строчке 5.
Рассмотрим теперь особенности формирования приведенной температуры воздуха в лесу. ф $ л. -ч Таблица 2.3 Расчет среднемесячных приведенных температур воздуха для горизонтальной поверхности с естественным растительным покровом на открытой местности (в поле) _ № № п/ п Наименование параметров Месяцы года Годовые характеристики 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1. Радиационный баланс (ккал/(см2-мес)) -0,6 -0,5 -о,з 2,8 7,0 7,8 7,4 4,9 2,2 0 -0,8 -0,6 29,3 2. Atr (град) -0,5 -0,4 -о,з +2,5 +6,5 +7,1 +6,7 +4,4 +2,0 0 -0,7 -0,6 +2,2 3. At (град) -0,4 -0,3 -0,2 +2,0 +5,2 +5,7 +5,4 +3,5 +1,6 0 -0,6 -0,5 +1,8 4. Температура наружного воздуха (град) -43,6 -35,9 -22,2 -7,2 +5,8 +15,4 +18,7 +14,9 +6,2 -8,0 -28,3 -39,5 -10,2 5. Приведенная температура наружного воздуха (град) -43,7 -36,0 -22,3 -6,7 +7,1 +16,8 +20,0 +15,8 +6,6 - -8,0 -28,4 -39,6 -9,9 Таблица 2.5 Расчет среднемесячных приведенных температур воздуха для горизонтальной поверхности с естественным растительным покровом в лесу _ №№ п/п Наименование параметров Месяцы года Годовые характеристики 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1. Радиационный баланс (ккал/(см2-мес)) -0,2 -0,2 -0,1 +1,1 +2,8 +3,1 +3,0 +2,0 +0,9 0 -0,3 -0,2 11,9 2. Atr (град) -0,2 -0,2 -0,1 +1,0 +2,6 +2,8 +2,7 +1,8 +0,8 0 -0,3 -0,2 +0,9 3. Д (град) -0,4 -0,3 -0,2 +2,0 +5,2 +5,7 +5,4 +3,5 +1,6 0 -0,6 -0,5 +1,8 4. Температура наружного воздуха (град) -43,6 -35,9 -22,2 -7,2 +5,8 +15,4 +18,7 +14,9 +6,2 -8,0 -28,3 -39,5 -10,2 5. Приведенная температура наружного воздуха (град) -43,8 -36,0 -22,3 -6,2 +3,2 +12,5 +16,0 +13,2 +5,4 -8,0 -28,6 -39,8 -11,2
В соответствии с данными работы [12, стр. 70, рис. 27,6] радиационный баланс в лесу составляет примерно 40% от величины радиационного баланса в поле. Эти данные повторены на рис. 2.19. В строчке 1 табл. 2.5 приведены значения радиационного баланса для леса, полученные умножением на коэффициент 0,4 значений строчки 1 табл. 2.3. На основании этих значений получаем по ф. (2.2) поправки на солнечную радиацию (строчка 2 табл. 2.5).
Поправку на испарение для леса принимаем такую же, как и для поля: хотя температура в лесу ниже, но объем испаряющей поверхности (включая листву деревьев) гораздо больше. Поэтому данные строки 3 табл. 2.3 переносим в строчку 3 табл. 2.5.
Таким образом, приведенная температура наружного воздуха для горизонтальной поверхности с естественным растительным покровом в лесу, полученная за счет сложения по ф. (2.1) второй, третьей и четвертой строчек табл. 2.5, приведена в строчке 5.
Рассмотрим вопрос учета поправок на солнечную радиацию и испарение для откосов насыпей и выемок. Здесь следует различать два случая: заросший травой откос и не заросший травой откос. Если откос не зарос травой, то суммарные поправки на радиацию и испарение достаточно большие, поэтому это будет рассмотрено в следующем разделе. Если откос зарос травой, причем растительный покров практически соответствует растительному покрову на ненарушенной территории, то для таких откосов, независимо от их крутизны и ориентации по сторонам света, приведенную температуру наружного воздуха можно принимать в соответствии со строчкой 5 табл. 2.3. Действительно, разница строчек 4 и 5 незначительна: годовая поправка всего 0,3 С, а максимальная в июне - 1,4 С. Дальнейшие поправки на откос будут величиной второй степени малости. Фото заросшего откоса приведено на рис. 2.20. Объект расположен на автодороге «Умнас» на участке Бланка - Тит-Ары (опытный объект № 1, см. табл. 2.1).
Снегоотложения в пределах земляного полотна и искусственных сооружений
В соответствии с данными работы [12, стр. 70, рис. 27,6] радиационный баланс в лесу составляет примерно 40% от величины радиационного баланса в поле. Эти данные повторены на рис. 2.19. В строчке 1 табл. 2.5 приведены значения радиационного баланса для леса, полученные умножением на коэффициент 0,4 значений строчки 1 табл. 2.3. На основании этих значений получаем по ф. (2.2) поправки на солнечную радиацию (строчка 2 табл. 2.5).
Поправку на испарение для леса принимаем такую же, как и для поля: хотя температура в лесу ниже, но объем испаряющей поверхности (включая листву деревьев) гораздо больше. Поэтому данные строки 3 табл. 2.3 переносим в строчку 3 табл. 2.5.
Таким образом, приведенная температура наружного воздуха для горизонтальной поверхности с естественным растительным покровом в лесу, полученная за счет сложения по ф. (2.1) второй, третьей и четвертой строчек табл. 2.5, приведена в строчке 5.
Рассмотрим вопрос учета поправок на солнечную радиацию и испарение для откосов насыпей и выемок. Здесь следует различать два случая: заросший травой откос и не заросший травой откос. Если откос не зарос травой, то суммарные поправки на радиацию и испарение достаточно большие, поэтому это будет рассмотрено в следующем разделе. Если откос зарос травой, причем растительный покров практически соответствует растительному покрову на ненарушенной территории, то для таких откосов, независимо от их крутизны и ориентации по сторонам света, приведенную температуру наружного воздуха можно принимать в соответствии со строчкой 5 табл. 2.3. Действительно, разница строчек 4 и 5 незначительна: годовая поправка всего 0,3 С, а максимальная в июне - 1,4 С. Дальнейшие поправки на откос будут величиной второй степени малости. Фото заросшего откоса приведено на рис. 2.20. Объект расположен на автодороге «Умнас» на участке Бланка - Тит-Ары (опытный объект № 1, см. табл. 2.1).
Объект №1. Гофрированная водопропускная труба диаметром 4.92 м. на участке Еланка-Тит-Ары автодороги «Умнас». 19.09.06. Характер зарастания откоса Зарастание откоса произошло через 3-4 года после постройки дороги. Следует отметить, что необходимо от этого случая отличать полузаросшие откосы или незначительно заросшие (рис. 2.21). Для них необходимо принимать приведенную температуру воздуха как для незаросших откосов: хотя травяной покров и дает некоторую тень и увеличивает испарение, но на поверхности уменьшается скорость ветра, что ухудшает условия теплообмена при солнечном нагреве.
Особый вопрос представляет тепловой режим обводненной поверхности. Здесь можно выделить два случая (на основе имеющегося в ЦНИИСе многолетнего опыта расчетов): водная толща глубиной более 0,5 м и водная толща глубиной менее 0,5 м. В первом случае изменяется характер теплофизических расчетов: до полного промерзания воды до дна за граничное условие для нижележащей толщи грунта принимается температура воды; после промерзания за граничное условие принимается приведенная температура воздуха, а слой льда добавляется как часть твердого тела к массе грунта.
При толще воды менее 0,5 м воду допускается в расчетной схеме принимать как твердое тело. При этом за граничное условие следует принимать приведенную температуру наружного воздуха. В соответствии с данными работы [2, стр. 73 - 79] принимаем такую же приведенную температуру воздуха, как и для поверхности с естественным растительным покровом (строка 5 табл. 2.3). При обводненной поверхности происходит дополнительное растепление грунтов. Для правильного учета характера теплового процесса при принятии слоя воды как твердого тела коэффициент теплопроводности воды принимается 3,0 ккал/(м-час-град) вместо 0,5 ккал/(м-час-град) как для обычной воды. Этим учитывается, во-первых, значительное проникновение солнечных лучей через прозрачную воду непосредственно на дно, и, во-вторых, перемешивание воды ветром. Для льда коэффициент теплопроводности остается 2 ккал/(м-час-град). a)
Степень зарастания откосов на линии Улак-Эльга через 4-5 лет после постройки 2.4. Приведенные температуры воздуха с учетом солнечной радиации и испарения для оголенных от растительности поверхностей Методика определения приведенной температуры воздуха изложена в разделе 2.3. Рассчитанные по этой методике поправки за счет солнечной радиации приведены в табл. 2.6. Выделены следующие характерные элементы поверхности: 1) горизонтальная поверхность, расположенная в уровне естественной поверхности или ниже. К ним, например, относятся: зона с нарушенным растительным покровом, расположенная у подошвы откоса насыпи, горизонтальные участки в выемке (поверхности горизонтальных уступов, берм, кроме основной площадки); 2) горизонтальная поверхность, возвышающаяся над естественной поверхностью (основная площадка насыпи и выемки, бермы у насыпей и т. п.); 3) откос насыпи или выемки уклоном 1:1,5 южной ориентации; 4) то же, северной ориентации; 5) то же, восточной или западной ориентации; 6) вертикальная грунтовая поверхность (выполненная, например, из габионов) южной ориентации; 7) то же, северной ориентации; 8) то же, восточной или западной ориентации. В элементах 1 и 2 добавка за счет солнечной радиации примерно одна и та же, но добавка за счет испарения в элементе 1 гораздо выше (табл. 2.7), поэтому и суммарная поправка значительно меньше (табл. 2.8). Поправки за счет испарения приведены в табл. 2.7, при этом коэффициенты «к» в формуле (2.4) приняты в соответствии с табл. 2.4.
Исследование эффекта ступенчатости распределения снежных отложений по откосу
При выводе зависимости снежных отложений от крутизны откоса было введено допущение о том, что плотность снега отлагающегося на горизонтальной поверхности и на откосе одинакова. Так ли это на самом деле и не происходит ли разуплотнение снега при его отложении на откосе, было проверено путем организации снегомерных наблюдений на реальных насыпях автомобильных дорог. Для этого на насыпях с откосами различной крутизны (1:1,5; 1:2; 1:3 и 1:4) намечались створы, в пределах которых в точках с интервалами через 1,0 м по всей длине откоса в период полностью сформировавшегося снежного покрова (конец марта) производили измерение мощности снежного покрова по вертикали откоса. Одновременно производились замеры мощности снежного покрова на продолжении измерительного створа на примыкающей территории (hi) с тем же интервалом по длине. Результаты некоторых измерений представлены в табл. 3.15. В этой таблице приведены результаты измерения высоты снежного покрова, начиная от бровки основной площадки, далее по откосу и затем за
Принятые нормативы 1,17 1,50 пределы насыпи. Замеры сделаны через 1 м. В таблице вертикальной штриховой линией ограничена зона откоса шириной 2 м, граничащая с бровкой, а сплошными вертикальными линиями обозначено положение подошвы откоса насыпи. Съемка произведена на км 45 — км 51 автодороги г. Якутск - г. Покровск 22.02.07 г. (участки №№ 1 - 3) и на км 27 автодороги г. Якутск - г. Намцы 22.03.07 г. (участок № 4).
В таблице 3.16 приведены расчеты средней по отдельным зонам высоты снежного покрова: hf ,hf ,hf - соответственно на откосе в первых двух метрах от бровки, на остальной части откоса и на горизонтальном участке прилегающей к насыпи территории. Таблица 3.16 показывает, что высота снежного покрова замеренная по вертикали на откосе (h") на 9% больше снежного покрова на горизонтальной площадке, а у бровки (hj5) на 36% больше. Таким образом, можно сделать вывод, что величина снежных отложений на откосе несколько выше, чем на прилегающей горизонтальной территории. Учитывая данные таблицы 3.14, можно принять, что толщина снега Иг, замеренная по перпендикуляру к поверхности откоса, может быть принята равной h[ при уклоне откоса до 1:2 и даже (с запасом) - до 1:1,5. При дальнейшем увеличении крутизны откоса соотношение Ъ.г I h[ резко уменьшается, и при вертикальной поверхности становится равным 0. С учетом изложенного расчетную схему снежных отложений на контуре поперечного сечения насыпи можно принять по рис. 3.18.
Влияние ориентации откосов насыпи на характер снегоотложений проявляется в различных сроках появления и схода снежного покрова на откосах. По наблюдениям разница в сроках схода снежного покрова с откосов южной и северной экспозиций составляет в среднем две недели.
Определение плотности снежных отложений в полевых условиях производилось по следующей методике. Для отбора образцов снега на плотность использовался тонкостенный пробоотборник в виде металлического цилиндра длиной 100 см, имеющего внутренний диаметр 11,5 см. Определялась средняя по толщине снежного покрова плотность снега, поэтому в каждой точке измерений цилиндр погружался в снег до упора в подстилающую поверхность, после чего извлекался вместе с заключенным в нем снежным керном. Глубина снежного покрова в месте отбора пробы hj определялась измерительной рейкой с сантиметровыми делениями. После извлечения керна снег из пробоотборника помещался в полиэтиленовый мешок для последующего взвешивания в лаборатории.
Расчет плотности снега для объекта № 4 (см. табл. 3.15) приведен в табл. 3.17. Анализ этой таблицы показывает, что в пределах основной части откоса снег имеет даже несколько большую плотность, чем в прилегающей горизонтальной площадке, поэтому несколько большая его высота на откосе объясняется не разрыхлением, а все-таки наличием некоторого снегопереноса, когда на откосе откладывается несколько больше снега, чем в
//?
поле. Однако эти версии не имеют пока достаточного подтверждения и требуют проверки.
Расчетные схемы площадок с различными типами структур поверхностных покровов показаны на рис. 3.20 и 3.21. На этом рисунке для каждой площадки представлены также сезонные изменения поверхностных условий применительно к летнему и зимнему периодам года. Помимо типичных для условий Центральной Якутии площадок с ненарушенным растительным покровом расчетные схемы охватывают наиболее распространенные техногенные поверхности, характерные для дорожных
