Московская область глубина промерзания грунта: Показатели для закладки фундамента и водной магистрали- Особенности и разновидности +Фото и Видео

Карта промерзания грунта в Московской области

   ?Глубина промерзания грунта напрямую зависит от типа грунта, климатических условий данной местности, уровня грунтовых вод, растительности, уровня снежного покрова, рельеф местности, влажность грунта и других факторов. Параметры и особенности промерзания необходимо знать и учитывать при бурении скважин в разных районах Московской области.

   Глубина промерзания грунтов – это случайная величина, которая не может быть постоянной, потому что одни уз выше указанных факторов, практически, не меняются со временем – это тип грунта, рельеф местности, другие же, наоборот, постоянно меняются – это высота снежного покрова, влажность грунта, продолжительность и интенсивность минусовой температуры, уровень залегания грунтовых вод и другие.

Карта промерзания грунта Московской области

Можно скачать программу для расчета глубины промерзания грунта. скачать…

Калькулятор промерзания грунта (скриншот)

Видео инструкция к программе

Величины промерзания грунтов Московской области

   Надо отметить, что величина промерзания грунта в различных районах Московской области колеблется от полуметра до одного метра восьмидесяти сантиметров. Естественно, такой разрыв связан с совершенно разной плотностью грунта. Разумеется, чем плотнее грунт и чем сильнее морозы, тем он сильнее промерзает. Так же сухой грунт промерзает меньше, чем грунт, насыщенный влагой. Средней величины промерзания в Подмосковье как таковой нет, а расчетной принято считать один метр сорок сантиметров. Но это учитываются крайне суровые условия – очень сильные морозы, высокий уровень грунтовых вод и отсутствие какого-либо снежного покрова. Но это лишь нормативные данные. На самом деле, реальная глубина промерзания, как показывает практика, довольно сильно отличается от нормативных данных и часто не превышает одного метра. По некоторым данным, на западе Московской области, грунт промерзает где-то до шестидесяти пяти сантиметров,   а на юге, севере и востоке Подмосковья до семидесяти пяти сантиметров. В очень холодные зимы с маленьким снежным покровом, глубина промерзания грунта может доходить до одного метра пятидесяти сантиметров.

Промерзание грунтов Московской области

   Как правило, песчаные грунты промерзают на большую глубину, чем глинистые грунты. Это связано с тем, пористость песка меньше пористости глины. В Московской области, в основном, преобладают крупнообломочные грунты,  песчаные грунты, суглинки, супесь и торфяные грунты. Например, крупнообломочные грунты, которые состоят из кусков скальных и полускальных  грунтов, начинают замерзать уже при нулевой температуре. Поэтому максимально точно определить глубину промерзания грунта в конкретном районе Подмосковья и в определенном месте, могут лишь специалисты, которые при расчетах учитывают все возможные факторы влияния.

Нормативная глубина промерзания грунта СНИП

Состояние грунта с высоким содержанием влаги при отрицательных температурах и положительных

   Пунктирной линией показана граница промерзания грунта

   Конечно такие свойства воды, содержащейся в грунте крайне опасны для фундаментов, поэтому это необходимо всегда учитывать при лубом строительстве, располагая подошву фундамента ниже линии промерзания!

Промерзания почвы на территории центральной России

   Нормативные глубины промерзания (по данным СНиП) в сантиметрах для разных городов и типов грунта представлены в таблице.

показатели глубины и температуры, СНиП и карты

Перед началом любого строительства необходимо учитывать глубину, на которую способен промёрзнуть грунт. На такой показатель значительно влияет климатическая среда, проявляющая себя по-разному в зимний период.

Интерес специалистов вызывает глубина промерзания грунта в Московской области, где на протяжении последних лет ведутся довольно активные и многочисленные строительные работы.

Глубина промерзания грунта зависит от температуры в регионе

Природные факторы

Степень глубины всегда соотносится с конструкцией фундамента и её значение необходимо знать абсолютно точно, прежде чем приступать к процессу строительства. С приходом морозов находящаяся в земле вода неминуемо преобразуется в лёд. В связи с увеличением объёма грунта он начинает усиленно сдавливать фундамент.

Если это не учитывается при возведении здания, то основание строения вскоре станет деформироваться, давать трещины, а впоследствии может полностью разрушиться.

В этом видео показана реальная глубина промерзания грунта в зимнее время:

Уровень этого показателя в любой природной зоне зависит от следующих факторов:

1. Типа грунта. Глинистая почва является более пористой, по сравнению с песчаной, такой грунт промерзает сильнее.
2. Условий местного климата. При достаточно низкой среднегодовой температуре воздуха почва подвергается более значительному воздействию минусовых температур.
3. Уровня грунтовых вод. Если этот показатель является высоким, он оказывает немалое влияние на основание здания при замерзании почвы.

Правила и нормы

Инженеры, архитекторы, проектировщики, труд которых связан со строительством зданий, в обязательном порядке используют для работы соответствующую нормативно-правовую базу. Документация, включающая в себя и карту промерзания почв, была разработана ещё советскими специалистами несколько десятилетий назад.

Уровень этого показателя в любой природной зоне зависит от следующих факторов:

1. Типа грунта. Глинистая почва является более пористой, по сравнению с песчаной, такой грунт промерзает сильнее.
2. Условий местного климата. При достаточно низкой среднегодовой температуре воздуха почва подвергается более значительному воздействию минусовых температур.
3. Уровня грунтовых вод. Если этот показатель является высоким, он оказывает немалое влияние на основание здания при замерзании почвы.

Правила и нормы

Инженеры, архитекторы, проектировщики, труд которых связан со строительством зданий, в обязательном порядке используют для работы соответствующую нормативно-правовую базу. Документация, включающая в себя и карту промерзания почв, была разработана ещё советскими специалистами несколько десятилетий назад.

Эти правила повсюду применяются и сегодня. С помощью его требований и основных положений делаются правильные расчеты и возводятся действительно надёжные и долговечные строения. Исходя из этих нормативных стандартов, известных под наименованием СНиП, степень промерзания грунта связана с определёнными параметрами:

1. Назначением здания.
2. Отличительными свойствами конструкции и ожидаемой нагрузкой на фундамент.
3. Степенью глубины, где ожидается создание коммуникаций.
4. Рельефом имеющейся зоны строительства, а также ожидаемой в дальнейшем.
5. Содержанием воды в почве на территории, где будет производиться постройка.
6. Уровнем промерзания в холодный период года.

Степень промерзания почвы

Уровень промерзания грунта в Московской области варьируется от 60 см до почти 2-метрового уровня. Профессионалы полагают, что столь существенная разница связана с различиями в плотности почвы. Там, где содержание влаги является более высоким, возможно и более значительное промерзание в сезон морозов.

Исходя из СНиП, средний уровень этого показателя в указанном регионе составляет 1,4 метра. При этом учитываются природные условия с высоким уровнем грунтовых вод, отсутствием снега зимой и довольно сильными морозами.

Для защиты фундамента от промерзания грунта следует произвести утепление

Но в реальности глубина промерзания в Московской области обычно не превышает метра, во время наиболее суровой зимы этот параметр может достигать 1,5 метра. Имеет огромное значение тип почвы: более плотная песчаная земля обычно промерзает сильнее, если сравнивать с глинистой. На подмосковной территории глубина промерзания колеблется между уровнем в 1,2 и 1,32 метра.

Сегодня существуют возможности несколько уменьшить степень глубины промерзания земли. Для этой цели вокруг здания устанавливают отмостку теплоизоляционного характера.

Высококачественный утеплитель непременно поможет снизить показания промерзания почвы поблизости от строения.

В холодных регионах фундамент следует утеплять качественным утеплителем, иначе он будет поврежден

На территории Ленинградской области встречается весьма разнообразный покров почвы. Песчаный грунт промерзает несильно, тогда как глина не очень подходит для осуществления работ строительного плана. Глубина промерзания почвы в Московской области в таких случаях достигает 1,5 метра, а в ситуации сильных и долговременных морозов показатель может ещё увеличиться.

В ситуации супесей и суглинок уровень промерзания также достаточно высок. Необходимо тщательно изучить почву на конкретном участке, прежде чем приступать к возведению строения. В Ленинградской области этот параметр удерживается в границах от 1,2 до 1,3 метра.

Воды и почвенный состав

Из имеющейся в СНиП таблицы нетрудно сделать выводы о степени замерзания грунта в любом регионе. В соответствии с правилами, фундамент должен быть заложен на более низком уровне, по сравнению с промерзанием грунта, расчёт можно осуществить на основании особой формулы.

На глубину промерзания грунта в Подмосковье также воздействует уровень осадков, образующих снежный и ледяной покров. Они выступают в качестве отличных теплоизоляторов и снижают глубину промерзания в среднем на 30% от максимального для данной местности показателя.

Имеют немалое значение и грунтовые воды, в связи с чем нередко выполняются работы для осушения почвы либо дренаж. При более низком уровне грунтовых вод уменьшается и степень промерзания. Если не учитывать этот параметр, здание в летний и зимний период станет смещаться, в результате его ожидает быстрая деформация и полное разрушение.

Исходя из типа грунта, можно определить степень и точку его проседания и пучинистости, то есть способности вспучиваться при замерзании, когда фундамент выталкивается наружу из земли. В соответствии с правилами СНиП, основание будущего здания следует закладывать на почве песчаного плана и выполнять эти действия на 10 см ниже ожидаемой глубины промерзания. В случае других почв такой показатель может достигать 25 см.

Необходимо полностью учитывать все особенности почвы и понять, на сколько промерзает земля в Московской области, на которой планируется возводить строение.

В противном случае здание рискует быстро начать проседать, разрушаться и будет крайне недолговечным. Финансовые затраты и усилия, приложенные для его постройки, окажутся неоправданными и напрасными.

Глубина промерзания грунта в Подмосковье, 🔨 СНИП, расчётная глубина как определить.

Из данной статьи вы узнаете, что собою представляет понятие глубины промерзания грунта и почему его необходимо учитывать при проектировании фундаментов. Мы рассмотрим нормативные величины ГПГ для разных регионов России и узнаем, как определить фактическую и расчетную величину глубины промерзания почвы согласно действующим нормативам СНиП.

Глубина промерзания грунта (ГПГ) — нормативное понятие, которое описывает среднестатистическую глубину, на которою почва промерзает в холодное время года.

Для расчета глубины промерзания берется среднестатистический показатель сезонного промерзания в конкретном регионе за последние 10 лет.

Рис. 1.0:  Карта нормативной глубины промерзания почвы в разных регионах России

Уровень промерзания почвы — одна из основных величин, которые учитываются при проектировании фундаментов любого типа. Если в основе расчетов будет лежать неправильный показатель ГПГ, либо данный фактор будет не учитываться вообще, проектировщик не сможет рассчитать требуемую глубину заложения фундамента.

Рис. 1.1:  Характерный признак неправильно рассчитанной глубины заложение фундамента и, как следствие, повреждение здания под воздействием пучения грунта

Морозное пучение происходит в промерзших пластах почвы, пропитанных влагой. Грунтовые воды, при замерзании, склонны к увеличению своего объема на 2-9%, в результате такого расширения пропитанная водой почва начинает подниматься вверх и давить на фундамент здания, оказывая на него выталкивающее воздействие.

При таком расположении основание полностью лишено воздействия вертикальных сил пучения (выталкивающего давление почвы, находящейся под фундаментной лентой). Фундамент подвергается лишь касательному пучению (в результате трения стенок основания и боковых пластов пучинистой почвы), влияние которого можно устранить с помощью обустройства уплотняющей отсыпки по периметру стенок фундамента.

Рис 1.2:  Схема промерзания участка застройки

Перед началом любого строительства, проводящегося на пучинистых грунтах, необходимо выяснить ГПГ в конкретном регионе, чтобы в дальнейшем иметь возможность подобрать оптимальную глубину заложения фундамента.

Глубина промерзания СНИП

ГПГ — величина, которую без наличия специального оборудования невозможно определить непосредственно перед началом строительства, поскольку ее расчеты требуют предварительного анализа конкретной местности на протяжении более чем 10-ти лет. В строительной практике, для определения глубины промерзания, используются нормативные данные о ГПГ и базовая информация для ее расчета, заложенная в документах СНиП.

До недавнего времени основным документом, в котором были приведены данные о глубине промерзания грунта, являлся СНиП № 20101-82 «Климатология и геофизика строительства», и сопутствующие ему карты разных регионов Российской Федерации. 

В данный документах приведены среднестатистические показатели глубины промерзания почвы для конкретных регионов РФ, ознакомится с которыми вы можете в таблице 1.1

Таблица 1.1:  Нормативная глубина промерзания почвы в разных городах России

ГПГ зависит от двух основных факторов — среднестатистических минусовых температур в конкретных регионах и типа грунта.

Косвенным фактором, влияющим на ГПГ, является толщина снежного покрова, которым укрыт грунт — чем он толще, тем меньшей будет глубина промерзания. Стоит учитывать, что данные, указанные в нормативных таблицах СНИП, не учитывают толщину снежного покрова, поэтому фактическая величина ГПГ в регионе всегда будет меньшей, чем глубина, указанная в таблице 1.1.

Рис. 1.3:  Схема зависимости ГПГ от толщины снежного покрова

Неравномерное пучение, которое происходит в местах, где почва обладает разной глубиной промерзания, крайне негативно сказывается на состоянии фундамента — из-за различных выталкивающих сил, воздействующих на фундаментную ленту, основание дома перекашивается, в результате чего возникают трещины на стенах и цоколе. Если вы очищаете снег вокруг постройки — делайте это по всем периметру здания, и не формируйте сугробы возле одной из стен дома.

Глубина промерзания грунта в Подмосковье

Как свидетельствуют отзывы опытных строителей, свыше 80% грунтов в Москве и области представлены пучинистой почвой — суглинком, глиной, песками, супесями. При строительстве домов на таких грунтах крайне важно учитывать глубину их промерзания, поскольку фундамент, заложенный выше требуемого уровня, не будет обладать ожидаемой от него надежностью и долговечностью.

ГПГ в Подмосковье варьируется достаточно сильно — от 90 до 200 сантиметров. Такие колебания обусловлены разной плотностью грунтов — чем большая плотность, и чем выше уровень залегания грунтовых вод, тем сильнее будет промерзать почва.

Среднестатистической расчетной величиной ГПГ, учитываемой при строительстве зданий в Подмосковье, принято считать 140 сантиметров. Более детальные показатели для разных городов Подмосковья вы можете увидеть в таблице 1.2.

Таблица 1.2:  Глубина промерзания грунта в Московской области

Расчетная глубина промерзания грунта

Расчетная величина ГПГ, согласно нормативам СНИП, определяется по формуле: h = √M*k, в которой:

• М — сумма максимальных показателей минусовых температур в холодное время года;
• k — коэффициент, отличающийся для разных видов грунтов.

Величина коэффициента, использующегося в расчетной формуле, составляет:

• 0,23 — для глинистой почвы и суглинков;
• 0,28 — для пылеватой и мелкой песчаной почвы, супесей;
• 0,3 — для средне крупных гравелистых и крупных песков;
• 0,34 — для почвы с вкраплениями крупнообломочных горных пород.

Для примера, определим расчетную величину ГПГ для Вологды. Данные среднемесячных минусовых температур для этого города мы можем взять в документе СНИП № 2101.99.

Для Вологды она составляет:

Из данной таблицы мы определяем значение M — для этого нам нужно суммировать показатели месяцев, обладающих минусовыми температурами.

• M = 11,6 + 10,7 + 5,4 + 2,9 + 7,9 = 38,5.

Теперь нам нужно извлечь квадратный корень из получившейся величины:

Что позволяет выполнить расчеты согласно основной формуле, учитывая коэффициент типа грунта, на котором будут выполняться строительные работы. Для примера используем коэффициент суглинистой почвы, он равен 0,23.

В результате мы получаем расчетную величину промерзания суглинистой почвы в Вологде равную 143 сантиметрам. Аналогичным образом расчеты выполняются для любых видов почв в других городах России.

Как определить реальную глубина промерзания грунта

Рис. 1.4:  Нормативная глубина промерзания грунта в РФ (данные на 2006 год)

Для определения реальной глубины промерзания используется специальный прибор — мерзлотомер. Данное устройство представляет собою обсадную трубку, внутри которой размещен наполненный водой шланг с внутренними ограничителями передвижения льда. На шланг нанесена сантиметровая разметка.

Мерзлотомер погружается в грунт на глубину, равную фактической величине ГПГ (все измерения проводятся в холодное время года). Вода в трубке мерзлотомера превращается в лед на участке, где с прибором контактирует промерзшая почва.

Рис. 1.5:  Фактическая глубина промерзания почвы в РФ

Спустя 10-12 часов после погружения устройства в почву шланг с водой изымается из обсадной трубки и по замершему участку воды определяется реальная глубина промерзания почвы.

Наши услуги

Услуги компании «Богатырь» это забивка свай и лидерное бурение. Мы имеем собственный автопарк бурильно-сваебойной техники и готовы поставлять сваи на объект с дальнейшим их погружением на строительной площадке. Цены на забивку свай представлены на странице: цены на забивку свай. Для заказа работ по забивке железобетонных свай, оставьте заявочку:

Статьи по теме

Полезные материалы

Пучение грунта

Из данного материала вы узнаете, что такое морозное пучение грунта и какую опасность оно представляет для фундамента.

Испытания грунтов

Испытание грунтов — это этап строительства, предшествующий проектированию фундамента. Испытание грунтов производится на плотность и на сдвиг.

Виды и сфера применения забивных ЖБ свай

При проектировании свайных фундаментов зданий и инженерно-технических сооружений выбор типа используемых железобетонных конструкций необходимо производить максимально тщательно.

Глубина промерзания грунта в Московской обл

Зимний период характеризуется промерзанием почв на определённую глубину, что сопровождается застыванием содержащейся в грунте воды, приводящим к расширению и увеличению объёма. Почва, увеличившаяся в объёме, оказывает воздействие на фундамент строения, что приводит к его сдвигам и нарушению естественного положения.
Промерзание оказывает отрицательное воздействие, избежать которого можно заложив основание ниже уровня промерзания. Указанный показатель зависит от типа почвы (глина, песок, супесь) и климатической зоны (среднегодовые показатели температуры в конкретном регионе).

Определение уровня промерзания в соответствии с требованиями СНиП

Устанавливается глубина промерзания в соответствии с положениями СНиП 2.02.01-83. Указывается, что нормативная глубина определяется исходя из средних показателей сезонного промерзания в конкретном регионе, выявленных в результате наблюдений проводимых в течение 10 лет. Внимание! Наблюдения проводятся на открытых, горизонтальных площадках очищенных от снежного покрова, при условии, что глубина залегания грунтовых вод, ниже уровня промерзания.

Если многолетние наблюдения не проводились, то степень промерзания определяется посредством теплотехнических расчётов. Если работы проводятся в местности, где почва не промерзает больше чем на 2.5 метра, то для расчётов используется формула: dfn=d0 √Mt.

Расшифровка формулы:
Mt – коэффициент, сравнимый в численном выражении с абсолютными значениями средних минусовых температур в течение зимнего периода в конкретном регионе (если необходимые наблюдения не велись, то берутся данные гидрометеорологических станций, работающих в идентичных климатических зонах).
d0 – величина, равная уровню промерзания, характерному для конкретного типа почвы.

Согласно требованиями СНиП указанные величины, имеют следующие значения:

• глина (суглинки) – 0.23м;
• крупнообломочная почва – 0.34м;
• пески (супеси) – 0.28м;
• гравелистый песок – 0.30м.

Если необходимо узнать расчётную глубину, то используется следующая формула: df = kh dfn.

Расшифровка формулы:

dfn – нормативная глубина степени промерзания почвы (указана в подпунктах 2.26 – 2.27 СНиП 2.02.01-83).
kh – коэффициент теплового режима здания, применимый для внешних фундаментов отапливаемых зданий (если работы ведутся с неотапливаемыми объектами, то kh=1.1).

Уровень промерзания почвы в Москве и Подмосковье

Уровень промерзания грунта в Подмосковье зависит от степени насыщения почвы влагой в конкретной местности. Указанный показатель является крайне вариабельным для данного региона и варьируется в пределах 0.4 – 2 метра. Максимальные показатели характерны для районов с наиболее влажным и плотным грунтом, при условии, что будут иметь место крепкие и устойчивые морозы. Когда на участке рыхлая почва, а влага отсутствует, уровень промерзания будет крайне низким.

Фактически в Московской области почва редко промерзает, более чем на метр. Можно ориентироваться на конкретные данные, приведённые для каждого из районов:

• Сергиев-Посад – 1.4м;
• Наро-Фоминск – 0.6 – 1м;
• Можайск – 0.6м;
• Волоколамск – 0.7 – 1.2м;
• Дубна – 1.5 – 2.1м;
• Подольск – 0.4м.

Характерно, что в населённых пунктах, расположенных поблизости от Москвы уровень промерзания варьируется в пределах 0.7 – 1.2 метра. Южные районы, такие как Чехов и Серпухов, могут похвастаться показателями 0.4 – 0.8 метра. Наибольшие показатели отмечаются в северных районах области: Клин (1.8), Талдом (1.3), Дмитров (1.6).

Непосредственно в Москве степень промерзания почвы варьируется в пределах 1.2 – 1.32 метра. Конкретные показатели следует рассчитывать исходя из типа почвы на конкретном участке и наблюдений, проводимых в течение длительного времени. Если пренебречь расчётами, то последствия для здания могут быть плачевными.

Полезные материалы

Усиление фундаментов

Достаточно часто в строительстве зданий и сооружений можно столкнуться с проблемой, когда фундамент находится в аварийном состоянии.

Глубина промерзания грунта по регионам России

Глубина промерзания грунта (d_f) — это нормативная величина, которая показывает уровень промерзания почвенного горизонта в зимний период и определяется на основании многолетних наблюдений в каждом регионе России. Нижняя граница этой зоны, называется точкой промерзания грунта.

Величина ГПГ является одним из самых важных параметров при определении глубины заложения фундамента, а значит нахождение этого коэффициента обязательно при любом строительстве. Знание глубины промерзания, позволяет обезопасить основание, так как в зимний период происходит перераспределение напряжения в грунтах, подземные воды переходят из жидкого состояния в лед, увеличивается их объем до 10-15% и начинаются процессы пучения.

Если подошву фундамента недостаточно заглубить, то на стенки будет воздействовать колоссальное вертикальное давление, которое непременно приведет к деформациям и нарушению целостности основания. Если же подошва фундамента будет располагаться ниже уровня ГПГ, то силы морозного пучения будет действовать на боковые стенки по касательной, то есть фундамент зимой будет выталкиваться наружу, а летом обратно погружаться внутрь.

Расчет глубины промерзания грунта

До недавнего времени расчет глубины промерзания грунта осуществлялся вручную с помощью СНиП и других нормативных документов – это не совсем удобно, так как приходится пролистывать больше количество страниц, чтобы найти нужны регион/город. Мы предлагаем воспользоваться нашим онлайн-калькулятором, который позволяет определить нормативную и расчетную глубину промерзания грунта в ОДИН КЛИК – вам требуется выбрать населенный пункт и нажать кнопку «Рассчитать». База данных нашей программы основывается на информации из СНиП 23-01-99 (СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»).

В нашем инструменте есть информация по всем регионам и городам России, среди которых: Московская область, Ленинградская область, Нижегородская, Свердловская, Ростовская, Самарская, Челябинская, Калининградская области, Пермский, Хабаровский, Приморский края, Башкортостан, Татарстан, Крым.

Карта промерзания грунтов СССР

Глубина промерзания грунта по регионам России (карта + таблица)

Карта промерзания грунтов Центральной России

Глубина промерзания грунта в Московской области

Глубина промерзания грунта в Ленинградской области

Пример расчета глубины промерзания грунта

СП 22.13330.2010 «Основания зданий и сооружений» подробно расписывает методику расчета глубины промерзания почвы, мы попробуем вкратце разобрать основные положения и разберем пример.

В разных регионах и тем более в различных широтах, глубина промерзания почвы может сильно отличаться. Большое влияние на эту величину оказывают климатические факторы, гранулометрический состав грунта и вышележащая поверхность. Но раз все они участвуют в формировании величины промерзания, значит их можно объединить в одно выражение.

Нормативная глубина промерзания грунта (формула): d_f = d₀ × √M_t

Расчетная глубина промерзания грунта (формула): d_f = d₀ × √M_t × k_h

• d_f — глубина промерзания;
• d₀ — коэффициент, зависящий от типа грунта:
• крупнообломочные грунты – 0,34;
• крупные пески – 0,3;
• мелкие сыпучие пески и супеси – 0,28;
• глины и суглинки – 0,23;
• M_t — сумма среднемесячных отрицательных температур для определенной местности;
• k_h – коэффициент среднесуточной температуры вышележащей поверхности.

Первая формула позволяет выполнить расчет глубины промерзания грунта без учета вышележащей поверхности, то есть вы получите нормативное значение для данного участка местности. Но например, при расчете глубины промерзания грунта для фундамента применяется коэффициент k_h, который вносит поправку на основании среднесуточной температуры (°С) примыкающего помещения, то есть это будет расчетное значение.

Разберем пример расчета глубины промерзания в Москве.

Предположим, что у нас будет одноэтажный дом с полами на лагах без подвального помещения, расположенный на песчаном грунте. Планируется, что средняя температура в помещении будет +22 °С.

Согласно СНиП 23-01-99 (СП 22.13330.2010) из таблицы №3 документа, мы складываем отрицательные значения температур для города Москва и получаем – 32,9 °С.

Далее подставляем все значения в формулу:

d_f = 0,3 × √32,9 × 0,6 = 1,03 м

Расчетная глубина промерзания грунта для Москвы равна 1,03 м.

что оказывает влияние на этот показатель

Еще до начала строительства во время проектирования любых зданий и построек такой показатель, как глубина промерзания грунта, является очень важным. Он влияет на правильность расчетов в отношении закладки фундаментов любых сооружений. На промерзание грунта влияют климатические условия, которые в зимний период времени по-разному себя проявляют.

Большой интерес вызывают показатели замерзания земли в Московской области, где строительные работы ведутся наиболее активно за последние годы. Величина глубины всегда связана с фундаментной конструкцией, поэтому ее важно знать точно, прежде чем начинать строительные работы.

Что может влиять на глубину замерзания почвы?

Вода в почве обязательно кристаллизуется в лед, с наступлением морозов. Объем грунта увеличивается , а когда это происходит, то грунт начинает сдавливать заложенный фундамент с очень большой силой. Он давит на него с силой, равной нескольким десяткам тонн. Если строить с нарушениями, не учитывать глубину промерзания, то в скором времени основание здания начнет подвергаться деформации, затем оно даст трещины и в скором времени может разрушиться. На такой важный показатель всегда влияют следующие факторы:

1. Тип грунта — у глинистой почвы пористость выше, чем у песчаного, отчего он промерзает сильней.
2. Климатические условия — на уровень промерзания будет влиять среднегодовая температура, чем она ниже, тем больше промерзает почва.
3. Уровень грунтовых вод — высокий показатель грунтовых вод будет сильней влиять при замерзании на основание строения.

Строительные нормы и правила (СНиП)

Существует нормативно-правовая база для строительных инженеров, проектантов, архитекторов, частных застройщиков. Документация с картой промерзания грунта была разработана геологами, инженерами еще во времена Советского Союза.

Прошло много лет, но документ, правильно и грамотно составленный, успешно используется и в настоящее время. Указанные в нем требования и основные положения позволяют сделать правильный расчет, и возвести надежное строение. Глубина промерзания грунтов СНиП, согласно документам, зависит от таких условий:

1. Назначение здания
2. Особенности конструкции и общая нагрузка на фундамент
3. Глубина, на которой планируется заложить инженерные коммуникации, а также глубина фундамента близкорасположенных зданий
4. Рельеф зоны постройки существующей и планируемой
5. Инженерно-геологические условия проектных работ
6. Гидрогеологические условия местности под строительство
7. Грунтовое промерзание в сезон холодов.

Глубина промерзания грунта в Московской области

Величина промерзания в Московской области колеблется в пределах от 60 см до 1 метра 80 см. Специалисты считают, что такая разница объясняется разной плотностью почвы. Когда грунт плотней, то в сильные морозы он больше промерзает. В почве, в которой больше влаги, уровень промерзания будет больше, чем в сухой. По СНиП средняя величина промерзания по Московской области — 1 метр 40 см. В эти данные были заложены жесткие погодные условия с большим уровнем грунтовых вод, без снега в зимний период и сильные морозы.

На самом деле глубина промерзания составляет максимум 1 метр, в крайне суровые зимы глубина может быть около 1,5 метра. Например, в Западной части Подмосковья глубина замерзания грунта будет примерно 65 см, а в остальных направлениях области до 75 см.

На глубину промерзания большое влияние оказывает тип почвы. Песчаная почва промерзает сильней, чем глинистая, поскольку она более плотная. В Подмосковье в основном почва песчаная, суглинки, торфяники и супесь, крупнообломочные почвы, последние начинают промерзать уже при 0^оС. Для песчаной почвы и супесей глубина будет составлять 132 см, а для глинистой и суглинистой почвы — 1 метр 20 см.

В настоящее время есть возможности для уменьшения глубины промерзания земли, если сделать утепление. С этой целью вокруг строения устанавливается теплоизоляционная отмостка. Хороший, качественный утеплитель, проложенный с шириной 1,5-2 метра вокруг строения поможет уменьшить эти показания промерзаний глубины земли, окружающей здание.

Глубина промерзания грунта по Ленинградской области

Почвенный покров этой области характеризуется большим разнообразием и сложностью. К основным почвообразующим породам нужно отнести глину, пески, торф и суглинки. Песчаный грунт слабо подвержен промерзанию. Песок имеет свойство уплотняться и хорошо пропускать через себя влагу. Глинистый грунт считается не самым лучшим для строительных работ. Его глубина промерзания доходит до 1, 5 метра, а когда морозы сильные, держатся длительное время, то может промерзнуть глубже.

Суглинки и супеси — это в основном глина и песок, поэтому важно знать чего в такой почве больше. Глубина замерзания здесь также высокая. Торфяники представляют собой осушенные болота, поэтому они очень сильно промерзают. Средняя глубина промерзания в Ленинградской области составляет 120-130 см. На этот показатель влияет качество почвы, ландшафт местности и погодные условия.

Влияние состава почвы и глубины вод

В СНиП существует таблица, по ней можно увидеть информацию по замерзанию почвы каждого региона страны. Специалисты считают, что закладка фундамента должна быть ниже уровня промерзания грунта. Воспользовавшись специальной формулой, можно самостоятельно выполнить расчет. Для этого необходимо вывести сумму среднемесячных отрицательных температур, затем извлечь из полученной цифры квадратный корень и затем умножить на коэффициент определенного вида почвы.

• Глинистая почва и суглинок — 0,23
• Песок и супеси — 0,28
• Песок крупнозернистый — 0,3
• Крупнообломочный грунт — 0,34.

На промерзание оказывает большое влияние уровень осадков в виде снежного покрова и льда. Они являются хорошими теплоизоляторами и могут снизить глубину замерзания на 20-40% от максимального показателя.

Большое значение имеют грунтовые воды, поэтому строители часто делают дренаж или осушают почву. Когда уровень грунтовых вод становится меньше, то и глубина промерзания также уменьшается. Если не учитывать влияние грунтовых вод, то зимой и летом строения будут смещаться и подниматься, а это приведет к тому, что здание быстро деформируется, а затем разрушится.

Заключение

По типу грунта можно определить его проседание и пучинистость, последний термин означает способность грунта вспучиваться в период замерзания, когда так происходит, то фундамент здания выталкивается из земли.

Согласно СНиП фундамент необходимо закладывать на песчаном грунте на 10 см ниже глубины замерзания, для глинистых и суглинков на 25 см.

Глубина промерзания грунта в Московской области

При закладке любого фундамента одним из самых важных параметров является глубина промерзания грунта, которая зависит не только от климатических условий региона, как могло показаться, на первый взгляд. На самом деле, существует много факторов, на которые необходимо обратить внимание.

В разных ситуациях уровень затвердевания почвы зимой в одном и том же регионе может отличаться в несколько раз. В значительной степени глубина промерзания зависит от таких факторов:

• уровень грунтовых вод;
• рельеф местности;
• природная влажность;
• высота снежного покрова;
• растительность;
• продолжительность минусовых температур.

Как видно, глубина затвердевания грунта – значение непостоянное и зависит от многих факторов. Практически постоянными для региона являются рельеф и тип грунта, остальные сугубо индивидуальны для места.

Что касается именно Московской области, то её карта промерзания представлена ниже.

Особенности закладки фундамента

Очевидно, что фундамент надо закладывать ниже уровня промерзания грунта. Поскольку при вспучивании почвы при замерзании, фундамент, заложенный выше этого уровня, также поднимается и в итоге после многократных циклов дом «поведёт».

Величина снежного покрова влияет на уровень затвердевания грунта. При глубоком снежном покрове, создаётся эффект «шапки» и земля промерзает гораздо меньше. Поэтому в случае недостаточной закладки фундамента, ветреная сторона дома без снежного покрова будет промерзать за фундамент, а сторона под снежной подушкой будет находиться на приемлемом расстоянии. Это приведёт к тому, что дом «поведёт» в одну сторону. Поэтому в случае если вы решили убрать снежный покров у себя на участке вокруг дома, делайте это либо по всему периметру, либо не делайте вообще. Это может привести к нежелательным последствиям. На некоторых участках возникнут эпицентры обмерзания и это приведёт к тому, что фундамент «поведёт» или приведёт к его деформации.

Для разных видов почв разница между уровнем промерзания и уровнем установки фундамента варьируется. Для грунтов глиняных и суглинки уровень закладки фундамента с уровнем промерзания должен отличаться минимум на 25 см. На песчаном грунте на 10 см.

Также рекомендуется устанавливать фундамент на песчаную подушку. Это связано с тем, что общее поднятие грунта не приведёт к перекосу фундамента, т. к. песок из-за своей мягкости нивелирует подъём.

Рельеф местности необходимо учитывать при закладке фундамента, каким бы он ни был всегда рекомендуется делать фундамент горизонтальным.

Если нет желания или возможности сделать фундамент ниже уровня промерзания, можно пойти другим путём – уменьшить глубину промерзания грунта. Это делается с помощью утепления почвы вокруг постройки при помощи качественных утеплительных материалов с высокой теплостойкостью. Уложенный по периметру утеплитель шириной более полутора метров способен существенно снизить глубину замерзания.

Морозное пучение

Как известно, морозное пучение приводит к поднятию уровня грунта, это является огромной проблемой для строителей. Высота вспучивания напрямую зависит от глубины замерзания почвы. В районе Москвы оно может достигать до 15 см. Также степень выпучивания зависит от скорости замерзания почвы. Быстрое замерзание даже менее вредно по сравнению с медленным.

Невысокая скорость замерзания приводит к тому, что структура почвы становится льдистой. Весной при таянии, почва становится рыхлой и теряет свои физические свойства, это приводит к тому что твёрдые породы, на которых был установлен фундамент становятся текучими и его может «повести».

Глубина замерзания грунта в Москве и Московской области

Степень промерзания грунта в Московской области колеблется в пределах от 50 см до практически 2 м. Такой большой разброс обусловлен разными факторами. Одним из основных является плотность грунта. Чем плотность выше, тем уровень промерзания больше. Глина будет промерзать гораздо меньше песка. Средним по Московской области принято считать уровень промерзания в 1,4 м, однако, в большинстве случаев грунт не промерзает выше 80 см. Исключения составляют только аномально холодные зимы. Также сильно влияет влажность грунта и соответственно высота грунтовых вод. Чем выше влажность грунта, тем более высоким будет уровень промерзания.

Уровень промерзания около Москвы в среднем составляет от 70 см до 1,2 метра, в южных районах Подмосковья – 0,4-0,8 метра, в северных – 1,4-1,8 м. Более подробно смотрите на карте выше.

Состав почв Московской области

В Московской области преобладают следующие типы почв:

• супесь;
• торфяники;
• крупнообломочные почвы;
• суглинки;
• песчаные почвы;
• глинистые почвы.

Крупнообломочные почвы состоят из обломков скальных и полускальных пород и начинают отвердевать уже при нулевой температуре. В каждом индивидуальном случае только специалисты способны определить уровень промерзания.

Существует СНиП 2.02.01-83 в котором есть таблица с усреднённым значением уровня промерзания почвы. Для расчёта уровня используется следующая формула:

1. Берётся сумма среднемесячных отрицательных температур.
2. Из неё извлекается квадратный корень.
3. Получившееся число умножается на коэффициент для своего вида почв. Например, для глины этот коэффициент составляет 0,23, для песка и супеси – 0,28, а для крупнообломочной почвы – 0,34.

Почему в Подмосковье разная глубина промерзания почвы?

Глубина промерзания почвы зависит от ее типа, климата, местности, влажности и других факторов. Особенности и параметры учитываются при бурении, строительстве и других видах хозяйственной деятельности.

Какая глубина сезонного промерзания почвы? Что это за мера?

Это случайная величина и не может быть постоянной. Это связано с тем, что некоторые факторы, влияющие на производительность, со временем почти не меняются (например,г., тип почвы, рельеф) и другие — наоборот, постоянно меняются (влажность почвы, высота снежного покрова, интенсивность и продолжительность пониженной температуры и т. д.). При строительстве зданий большое значение имеет глубина промерзания грунта. В Подмосковье сегодня ведется активное строительство. Насколько глубоко промерзнет грунт, зависит от глубины проникновения конструкции фундамента. При строительстве учтите, что в зимний период (в случае постоянного проживания) территория под домом теплая.За счет этого расчетную глубину промерзания почвы можно снизить на пятнадцать-двадцать процентов. Обеспечить максимальное сохранение тепла почвы способна качественная изоляционная лента шириной от полутора до двух метров. Ее размещают по всему дому, создавая тем самым теплоизоляционную отмостку.

Насколько различается глубина промерзания почвы в Подмосковье?

Диапазон значений от 50 см до 1 м 80 см. Эту разницу специалисты объясняют разной плотностью почвы. Чем больше заморозков и плотнее почва, тем больше промерзнет земля.В почве, насыщенной влагой, показатели будут выше, чем в сухой. Таким образом, среднее значение в Подмосковье отсутствует. Но есть нормативная глубина промерзания почвы. СНиП устанавливает следующий размер — 1 метр 40 см. Но следует сказать, что при его определении были учтены крайне суровые климатические условия: высокие грунтовые воды, сильный мороз, отсутствие снега. На самом деле глубина промерзания грунта в Подмосковье отличается от существующих нормативов. Часто он не превышает одного метра.Если зима очень холодная, снега почти нет, то уровень может доходить до полутора метров. На западе Подмосковья почва промерзшая около 65 см, а на востоке, севере, юге — до 75 см.

Рекомендовано

Происхождение славян. Влияние разных культур

Славяне (под этим названием), по мнению некоторых исследователей, появились в повести только в 6 веке нашей эры. Однако язык национальности несет в себе архаичные черты индоевропейского сообщества.Это, в свою очередь, говорит о том, что происхождение славян h …

Влияние типа почвы

Глубина промерзания почвы в Подмосковье зависит от разных факторов. Один из них — тип почвы. Итак, грунт промерзает сильно, по сравнению с глинистой глубиной. Это потому, что глина более пористая, чем песок. Для Подмосковья характерны песчаные почвы, суглинки, крупнозернистые почвы, торф и супеси. Точно уровень могут определить специалисты, учитывая при расчетах все факторы в совокупности.Например, крупнозернистый грунт начинает промерзать при температуре 0 градусов. Для песков и супесей глубина промерзания — 132 см, для суглинистых и глинистых почв — 1,2 м

.

Приборный комплекс для измерения глубины промерзания грунта

 
 1. Джурик В.И., Лещиков Ф.Н. [Экспериментальные исследования сейсмических свойств мерзлого грунта]. Международная конференция по мерзлотоведению. Доклады и сообщения. Отчеты и сообщения. Якутск, 1973, т. 6. (На русск. Яз.). 
 
 2. Кислов К.В., Гравиров В.В. [Сейсмическая защита протяженных объектов]. Инженерная защита, 2015, т. 1, с.6, вып. 11. С. 58–65. (На рус. Яз.). 
 
 3. Мельников В.П., Скворцов А.Г., Малкова Г.В., Дроздов Д.С., Пономарева О.Е., Садуртдинов М.Р., Царев А.М., Дубровин В.А. [Сейсмические исследования мерзлых грунтов в арктических районах]. Геология и геофизика, 2010, т. 51, нет. 1. С. 171–180. (На рус. Яз.). 
 
 4. Кислов К.В., Гравиров В.В. [Раннее предупреждение землетрясений для железных дорог: перспективы, проблемы и решения]. Научное приборостроение, 2017, т.27, нет. 1. С. 40–45. Doi: 10.18358 / np-27-1-i4045. (На рус. Яз.). 
 
 5. ГОСТ 24847-81 Грунты. Методы определения глубины сезонного промерзания. Москва, Издательство стандартов, 1981. 12 с. (На рус. Яз.). 
 
 6. Климатический справочник города Санкт-Петербург. Температура грунта (почты) и ее определение по глубине в Санкт-Петербурге и Ленинградской области. Температура почвы (грунта) и ее распределение по глубине до С.Петербург и Ленинградская область]. http://www.atlasyakutia.ru/weather/spravochnik/temp_grunt/climate_sprav-temp_grunt_260630687.php. (дата обращения 27.03.2018). (На рус. Яз.). 
 
 7. Гравиров В.В., Кислов К.В. Электронный морозомер. 11-я Международная конференция «Проблемы Геокосмоса», Тезисы докладов. Санкт-Петербург, Петродворц, СПбГУ, 2016, с. 209–210. 
 
 8. Кислов К.В., Гравиров В.В. Исследование влияния окружающей среды на шум широкополосной сейсмической аппаратуры.Серия: Вычислительная сейсмология, т. 42, М .: Красанд, 2013. 240 с. (На рус. Яз.). 
 

.

Модель удельного сопротивления мерзлого грунта и метод удельного сопротивления высокой плотности для разведки прерывистой вечной мерзлоты

2.1. Модели удельного электрического сопротивления грунтов

Была предложена модель удельного электрического сопротивления, которая применима к насыщенным несвязным грунтам и чистым песчаникам, предполагая, что проводимость твердых частиц не учитывается [30]:

, где ρ — электрическое сопротивление. удельное сопротивление, ρw — удельное электрическое сопротивление поровой воды, n — пористость, a — экспериментальный параметр и неверный коэффициент цементирования.

Арчи [30] предложил модель удельного электрического сопротивления, которая связывает удельное электрическое сопротивление почвы со структурой почвы. Это расширило подходы к изучению микроструктуры почв. Эта предложенная модель, однако, учитывала только влияние удельного электрического сопротивления и пористости поровой воды на удельное электрическое сопротивление почвы. Это означает, что возможности применения предложенной модели удельного электрического сопротивления ограничены.

В более поздних работах модель удельного электрического сопротивления, предложенная Арчи [30], была расширена до следующего:

, где s — степень насыщения, а p — показатель насыщения.

В расширенной модели электросопротивления учитывается степень насыщения поровой воды. Таким образом, расширенная модель применима к ненасыщенным чистым песчаникам и несвязному песку. Однако расширенная модель игнорирует влияние других факторов на электрическое сопротивление почвы.

На основе экспериментальных исследований и с учетом влияния двойных электрических слоев на поверхности частиц почвы на удельное электрическое сопротивление всего тела почвы, была предложена модель удельного электрического сопротивления, которая применима к ненасыщенным связным грунтам:

ρ = aρwn − msr1 − psr + ρwBQE3

, где B представляет собой удельное электрическое сопротивление заряда, электрические свойства которого противоположны свойствам поверхности частицы почвы в двойном электрическом слое, Q — емкость катионного обмена на единицу поры почвы. , BQ — удельное электрическое сопротивление двойного электрического слоя на поверхности частицы почвы.

Васман и Смитс [31] предложили модель удельного электрического сопротивления, которая учитывала влияние электропроводности частиц почвы на удельное электрическое сопротивление почвы, что означает, что модель удельного электрического сопротивления, предложенная Смитсом, применима к ненасыщенным связным грунтам .

Помимо поровой воды и частиц почвы, существует третий токопроводящий путь распространения связных грунтов, то есть последовательный путь распространения грунта и воды. Рассматривая ранее упомянутые три проводящих пути распространения связных грунтов, было выведено следующее уравнение для модели удельного электрического сопротивления ненасыщенных связных грунтов:

ρ = [nsr − F′θ′1 + θ′BQ + nsr− F′θ′1 + θ′ρw + F ′ (1 + θ ′) BQ1 + BQρwθ ′] — 1E4

, где F ′ — коэффициент проводящей структуры (отношение ширины последовательно соединенного пути грунт-вода к длина стороны всего тела почвы), а θ ‘- объемное содержание воды в параллельно связанной части почвы и воды.

Zha et al. [32] предложили модель удельного электрического сопротивления, которая учитывала влияние проводящих путей и органически сочетала удельное электрическое сопротивление почвы с такими факторами, как пористость, степень насыщения, удельное электрическое сопротивление поровой воды, структура почвы, состав частиц почвы и электрические параметры. двойные слои на поверхности частиц почвы. Это сделало модель ненасыщенных связных грунтов более разумной.

Уравнения, описывающие связь между удельным электрическим сопротивлением образца грунта и содержанием незамерзшей воды, а также между удельным электрическим сопротивлением образца грунта и содержанием льда, следующие [4, 5]:

где ρ — удельное электрическое сопротивление ( Ом · м), ρ — содержание незамерзшей воды (%), ρ — содержание льда (%), ρuw0 = 12820 Ом · м — эталонное удельное электрическое сопротивление для эталонного содержания незамерзшей воды wuw0 = 5%, ρio = 1316 Ом · м — эталонное удельное электрическое сопротивление для эталонная льдистость не менее 10%, а — = 1.73 — показатель степени зависимости удельного электросопротивления от содержания льда.

Fortier et al. [5] предложили модель удельного электрического сопротивления, которая сначала учитывает влияние льдистости почвы. Таким образом, эта модель применима не только к незамерзшим грунтам, но и к мерзлым грунтам. Однако мерзлый грунт представляет собой сложное многофазное тело. Также есть много факторов, влияющих на мерзлый грунт. Эта модель, предложенная Fortier et al. [5] рассматривает только влияние содержания льда в почве на удельное электрическое сопротивление почвы.Кроме того, предварительно установленное эталонное значение удельного электрического сопротивления не имеет универсального значения.

Angelopoulos et al. [8] проанализировали мерзлый грунт из озера Парсонс на Северо-Западных территориях Канады с помощью метода электрического сопротивления, и результаты исследования показали взаимосвязь между электрическим сопротивлением мерзлого грунта и содержанием льда. В исследовании метод удельного электрического сопротивления был применен при разведке мерзлых грунтов и оказался очень полезным. Однако результаты были довольно дискретными и плохо коррелированными.Кроме того, метод удельного электрического сопротивления учитывает только влияние содержания льда на удельное электрическое сопротивление мерзлого грунта и поэтому ограничен.

2.2. Создание модели удельного электрического сопротивления мерзлых грунтов

Часть поровой воды почвы претерпевает фазовый переход в процессе замерзания. Поэтому характеристики удельного электрического сопротивления мерзлого грунта отличаются от характеристик незамерзшего грунта. В нашем исследовании мы предположили, что существует три проводящих пути (частицы почвы, смеси лед-вода и смеси почва-лед-вода, т.е.е., путь распространения газа не учитывается) для мерзлого грунта, как это также предполагалось в трехэлементной модели электропроводности и модели удельного электрического сопротивления ненасыщенных связных грунтов. Мы вывели уравнение для модели удельного электрического сопротивления мерзлых грунтов [33]:

ρ = [A × aθ − bw + ρd (B × aθ − bw + C) + D] −1E7

, где A — D представляют собой коэффициенты, которые относятся к структурным характеристикам мерзлого грунта и удельному электрическому сопротивлению каждого компонента мерзлого грунта, w — содержание воды в мерзлом грунте, aθ — бис — содержание незамерзшей воды в мерзлом грунте, θ — абсолютное значение температуры мерзлого грунта, а ρd — плотность замороженного грунта в сухом состоянии.

.

Комбинированная термогидромеханическая модель почвенного откоса в сезонно-мерзлых регионах в условиях замораживания-оттаивания

Заболевания почвенно-откосов в сезонно-мерзлых регионах в основном связаны с миграцией воды и деформацией почвы при морозном пучении. На основе уравнения в частных производных, определенного с помощью программного обеспечения COMSOL Multiphysics, построена модель термогидромеханической связи, учитывающая миграцию воды, фазовый переход лед-вода, сопротивление льда и морозное пучение, а также изменения температурного поля, миграцию жидкой воды. , проанализированы накопление твердого льда и деформация морозного пучения на склонах мерзлых грунтов.Результаты показывают, что температура окружающей среды оказывает значительное влияние на поле температуры и влажности откоса на мелководье. Кроме того, степень влияния постепенно ослабевает по направлению от внешней стороны к внутренней части склона, и количество циклов замерзания-оттаивания в глубоких почвах меньше, чем в неглубоких. В период замерзания вода из незамерзшей зоны быстро мигрирует в замороженную зону, и общее содержание влаги резко изменяется вблизи фронта замерзания.Максимальная глубина промерзания является наибольшей у вершины склона и наименьшей — у основания склона. В период таяния вода на фронте таяния обогащается за счет таяния мерзлого слоя; склон склонен к мелкой нестабильности на этом этапе. Таяние замороженного слоя является двунаправленным, поэтому продолжительность плавления на склоне короче, чем у процесса замораживания. Смещение склона тесно связано с изменением температуры — соотношением, которое согласуется с явлением теплового расширения и сжатия в незамерзших областях и отражает феномен морозного пучки и оттаивания в замерзших областях.

1. Введение

Сезонно мерзлая почва — это особая система почва-вода, в которой сосуществуют лед и вода. Район сезонно мерзлых почв в Китае составляет 53,5% от общей площади Китая [1]. С учетом развития западного региона Китая, реализации стратегии возрождения северо-востока и стратегии развития, известной как Инициатива «Один пояс, один путь», в регионах с сезонно мерзлыми почвами потребуется строительство большого объема инфраструктуры, например.g., проект китайско-российского нефтепровода в Северо-Восточной Азии, проект высокоскоростной железной дороги Харбин-Далянь в Китае и Национальная автомагистраль 301 Китая. Более двух третей транспортных магистралей в Китае расположены в регионах с сезонно мерзлыми почвами, и связанные с этим заболевания склонов, вызывающие замерзание-таяние, очень серьезны. Большинство этих болезней связано с миграцией воды и деформацией грунта при морозном пучении [2, 3].

Связь воды, тепла и силы является ключевой проблемой при изучении мерзлых грунтов в сезонно-мерзлых регионах, а также находится на переднем крае международных исследований в этой области.На протяжении многих лет многие исследования предлагали различные модели мерзлого грунта. Харлан [4] первым установил модель водно-теплового взаимодействия, основанную на принципах динамики незамерзшей воды и сохранения энергии, и уравнения в этой модели имели ясный физический смысл. Тейлор и Лютин [5] рассчитали поле воды и поле температуры, используя неявный метод конечных разностей, основанный на модели Харлана, и сравнили эти расчеты с экспериментальными данными. О’Нелл и Миллер [6] изучали образование и рост ледяных линз в мерзлой почве и предложили и разработали модель жесткого льда.An et al. [7] проанализировали взаимодействие воды и тепла при промерзании почвы. Шен и Ладаньи [8] обратились к проблеме связи воды, тепла и силы в трех полях, предложив упрощенную модель связи, основанную на гидродинамической модели Харлана. Lai et al. [9] впервые представили математико-механическую модель и решение для связанной проблемы полей температуры, фильтрации и напряжений на основе фазовых изменений, предсказываемых теорией теплопередачи, теорией фильтрации и механикой мерзлых грунтов. Ли и др.[10] установили модель взаимодействия тепла, влаги и деформации, основанную на теории равновесия, неразрывности и энергетических принципах многофазной пористой среды. Gens et al. [11] установили новую механическую модель, которая охватывает замороженное и размороженное поведение в рамках единой системы, основанной на эффективном стрессе. В последние годы были выполнены многочисленные исследования термогидромеханической (THM) связи. В частности, с развитием компьютерных технологий многие исследования [12–16] обращались к проблеме многополевой связи с использованием метода конечных элементов.

В этом исследовании модель сопряжения THM построена с учетом миграции воды, фазового перехода лед-вода, сопротивления льда и морозного пучения. Моделирование сопряжения выполняется с помощью программного обеспечения для анализа методом конечных элементов COMSOL Multiphysics, и изменения в температурном поле наклона, миграция жидкой воды, накопление твердого льда и деформация морозного пучения анализируются в условиях замерзания и оттаивания.

2. Теория сцепления THM

На основе основных физических процессов в сезонно мерзлой почве было предложено несколько гипотез: промерзающая-талая почвенная среда склона несжимаема, однородна и изотропна; в мерзлом грунте происходит только движение жидкой воды, а лед остается неподвижным; игнорируется влияние миграции водяного пара на незамерзшую воду и миграцию теплового потока; игнорируется эффект миграции воды, вызванный температурными градиентами и конвекционным теплопереносом; содержание незамерзшей воды в мерзлом грунте находится в динамическом равновесии с отрицательной температурой почвы.На основе этих предположений создана модель, связанная с ТГМ в сезонно ненасыщенных мерзлых почвах.

2.1. Управляющее уравнение водного поля

Для плоских задач закон миграции воды в ненасыщенных мерзлых грунтах может быть выражен уравнением Ричардса с фазовым переходом [17]:

.