Техногенная динамика инженерно-геологических условий площадки дкс-2в угкм

Методика расчета основных параметров теплового взаимодействия сооружений с мерзлыми породами

Определяющее влияние на несущую способность свайного фундамента сооружения в условиях криолитозоны оказывает динамика температурного поля грунтов основания. Отклонение фактического температурного режима грунтового основания от проектного приводит к потере несущей способности фундамента и вследствие этого к аварийным отказам, требующим реконструкции сооружения.

При проектировании оснований и фундаментов для определения теплового режима грунтов проектными организациями традиционно проводится расчет среднегодовой температуры и глубины сезонного оттаивания и промерзания. В основе расчета лежит решение одномерного однородного уравнения теплопроводности в квазистационарном приближении, которое позволяет получить оценки требуемых величин, близких к стационарным.

Недостатком такого расчета является невозможность получения фактического температурного поля под сооружением, имеющим конечные геометрические размеры, поскольку в основе расчета лежит решение одномерной задачи. Квазистационарное приближение исходного уравнения не позволяет получить информацию о динамике в годичном цикле рассчитываемых величин. Однородность исходного уравнения свидетельствует о том, что с помощью такого приближения невозможно учесть наличие в грунтах основания техногенных источников теплового воздействия.

Для целей геотехнического мониторинга газопромысловых объектов необходимо выполнение геокриологического прогноза на ограниченные интервалы времени в условиях неоднородной двух-, трехмерной геологической среды и сложной геотехнической обстановки. Это потребовало разработки специальной методики геокриологического прогноза для разработки решений по управлению тепловым режимом грунтов оснований.

Методика, позволяющая реализовать численное решение нестационарных задач теплопроводности, разработана на кафедре геокриологии МГУ под руководством проф. Л. Н. Хрусталева. На базе разработанной методики создана программная среда «Тепло» (НЕАТ) для ПВЭМ.

Целью этой разработки является повышение надежности, устойчивости и несущей способности фундаментов сооружений, проектируемых, строящихся, эксплуатируемых и реконструируемых в условиях криолитозоны посредством создания необходимого уровня теплообмена в геотехнической системе «инженерное сооружение — грунты основания — окружающая среда».

В методике геокриологического прогноза для целей управления эксплуатационной надежностью сооружения в криолитозоне, включающей подбор параметров теплообмена, прогноз температурного поля в основании сооружения и управление температурным полем, теплообмен описывают серией параметров, используя их среднемесячные значения, учитывая параметры теплообмена на поверхности Земли и в грунтах основания сооружения. При этом параметры теплообмена рассчитывают на основе экспериментальных измерений, а температурное поле в грунтах основания сооружения контролируют в процессе режимных исследований, в результате чего фиксируют нестационарное температурное поле. Прогноз изменения температурного поля осуществляется путем решения двухмерного нестационарного уравнения теплопроводности в анизотропной среде с подвижными фазовыми границами, с использованием экспериментальных значений параметров теплообмена, а при их отсутствии — значений, полученных путем итерационного подбора с многократным решением задачи прогноза до совпадения расчетного температурного поля с измеренным при режимных исследованиях. При этом управление температурным полем грунтов основания осуществляют путем итерационного подбора параметров теплообмена сооружения с окружающей средой и прогноза проектного температурного поля, обеспечивающего максимальную устойчивость сооружения.

Таким образом, универсальность предложенного способа оптимизации состояния геотехнической системы заключается в возможности его реализации при проектировании, эксплуатации и реконструкции сооружений.