автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Основы прогнозирования теплофизического режима в технологии дорожного строительства

%

На правах рукописи

ШЕСТАКОВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

ОСНОВЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОГОРЕЖИМА »ТЕХНОЛОГИИ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

05.23. II - Строительство автомобильных дорог и аэродромов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Омск. 1997

Работа выполнена в Сибирском автомобильно-дорожном институте (СибАДИ).

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор,

почетный академик Академии транспорта РФ Золотарь И.А.

-доктор технических наук, профессор, академик Академии транспорта РФ Семенов В.А. - доктор технических наук, профессор Пермяков В.Б.

Ведущая организация - Омский Союздорнии, ДУП

Защита состоится 23 октября 1997 года в 10 часов на заседании диссертационного совета ВАК РФ Д 063.26.01 при СибАДИ по адресу: 644080, г. Омск, проспект Мира, 5, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибАДИ. Отзывы в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, просим направлять по адресу диссертационного совета. Телефон для справок (3812) 65-01-45 ; факс 65-03-23 . Автореферат разослан 9 сентября 1997 г.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор,

академик Академии транспорта РФ Смирнов A.B.

Государственного дорожного научно-исследовательского института

Ученый секретарь диссертационного совета профессор

Матвеев С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Обеспечение качества и надежности автомобильных дорог - одна из центральных народно-хозяйственных проблем. Она решается на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации.

Стадия строительства автомобильных дорог подвержена влиянию целого ряда случайных факторов. Высокий организационно-технологический уровень дорожного строительства способен обеспечить надлежащее качество продукции даже при несколько более низком качестве материалов, нежели наоборот.

Качество большинства технологических процессов принципиально определяется их теплофизическим (ТФ) режимом. В условиях неопределенности ТФ режима возникает риск утраты требуемого качества или простоя, -что приводит к существенному повышению себестоимости работ. Так, например, из-за температурной неоднородности асфальтобетонных смесей при укладке, по В.А.Семенову недоуплотняется около 10% площади слоя. Согласно данным СибЦНИИСа, по результатам прогнозирования влаж-ностного режима грунтовых резервов на стадии разработки проекта производства работ, удается повысить выработку до 50% и снизить себестоимость работ более, чем на 20%.

Для устойчивого управления ТФ режимом технологического процесса в условиях неопределенности производства работ необходимо иметь возможность его адекватного прогнозирования. В технологии дорожного строительства к прогнозированию режима сложился детерминированный подход, обладающий принципиальным недостатком, так как не учитывает вероятностной природы режима. Это обстоятельство препятствует полному раскрытию теплофизической сущности технологических процессов, исключает возможность гарантированного обеспечения качества работ.

Настоящая работа выполнена в соответствии с планами НИР Минав-тодора РСФСР, по договорам с Омским филиалом Союздорнии для Мин-трансстроя СССР (в том числе по программе 0.55.11), Миннефтепрома СССР, Мингазпрома СССР, а также по прямым договорам с Омсхавтодо-ром, Уралупродором, Сахалинавтодором, трестами Сибдорстрой и- Во-стокгидроспецсгрой.

Основная идея работы заключается в прогнозировании ТФ режима технологических операций по схеме случайного процесса, позволяющему, в отличие от сложившегося детерминированного подхода, рассчитывать их параметры, обеспечивающие с заданной теплофизической надежностью требуемое качество и минимизацию себестоимости работ.

Объектом исследования является конструктивно-технологическая среда, включаюшая в себя дорожно-строительную смесь, взаимодействующую с пограничными слоями и претерпевающую при выполнении технологических операций изменения по геометрической форме и свойствам. Предмет исследования - теплофизнческий режим конструктивно-технологической среды, который характеризуется закономерностями изменения температурного и влажностного состояния смеси и связанных с ним свойств, определяющих качество операции.

Цель исследования заключается в разработке основ прогнозирования теплофизического режима в технологии дорожного строительства и методик расчета параметров технологических операций, обеспечивающих с заданной тегоюфизической надежностью требуемое качество и минимизацию себестоимости работ.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- обобщить вероятностно-статистический подход к прогнозированию теплофизического режима в технологии дорожного строительства с позиций теории надежности;

- обосновать вероятностно-статистические модели климатических воздействий на конструктивно-технологическую среду;

- исследовать теплофизнческий режим технологических операций с применением характерных дорожно-строительных смесей (грунтовых, битуме- и цементоминеральных);

- оценить точность, достоверность моделей прогнозирования и оправдываемость прогнозов;

- разработать методики расчета параметров технологических операций, обеспечивающих с заданной тегшофизической надежностью требуемое качество и минимизацию себестоимости работ.

Методологической базой теоретического и экспериментального исследования являются системный анализ и теории прогнозирования, вероятностей и надежности, тепло- и влагопереноса. а также общепринятые теоретические положения в областях технологии дорожного строительства, материаловедения и водно-теплового режима дорожных конструкций.

Научная новизна работы состоит в разработке основ прогнозирования теплофизического режима в техлологии дорожного строительства и включает в себя:

- теоретические положения, развивающие научное направление - технологическая надежность и заключающиеся в обобщении вероятностно-

статистического подхода к прогнозированию теплофизического режима технологических операций с позиций теории надежности;

- вероятностно-статистические модели климатических воздействий на конструктивно-технологическую среду, позволяющие оценивать теплофи-зическую надежность технологических операций;

- общие закономерности теплофизического режима технологических операций с применением характерных дорожно-строительных смесей, углубляющие представления об их теплофизической сущности.

Научно-методический подход, развиваемый соискателем, использован в шести кандидатских диссертациях в связи с исследованиями стойкости дорожных слоев к климатическим воздействиям.

Практическая значимость работы состоит в решении важной народно-хозяйственной проблемы гарантированного обеспечения качества дорожных конструкций на основе прогнозирования теплофизического режима в процессе их строительства. С этой целью разработаны методики расчета параметров технологических операций, обеспечивающих с заданной теплофизической надежностью требуемое качество и минимизацию себестоимости работ. Методики предназначены для использования при составлении проектов производства и организации работ, сопровождаются программами для ЭВМ, расчетной базой данных н примерами.

Автор защищает совокупность теоретических положений и установленных экспериментально-аналитических закономерностей, позволяющих прогнозировать ТФ режим технологических операций в условиях неопределенности производства работ; методики расчета технологических параметров операций.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: методологической базой исследований, основанной на фундаментальных теориях; проверкой достаточности объема данных и выдвинутых статистических гипотез в отношении моделей ТФ режима конструктивно-технологической среды; оправдываемостью независимых прогнозов влажностного режима грунтовых резервов при сопоставлении с натурными наблюдениями; сходимостью результатов аналитических и численных расчетов температурного режима слоев с данными стендового моделирования и опытного строительства; использованием лабораторных установок и оборудования, обеспечивающих точность измерения физических величин: достаточно длительным опытом применения практических рекомендаций.

Личный вклад в решение проблемы заключается в формулировании обшей идеи, цели работы; выполнении теоретической и большей части экспериментальных исследований и обобщении их результатов: участии в

строительстве опытных участков, их обследовании; разработке и внедрении практических рекомендаций. Цикл работ, связанный с прогнозированием влажностного режима грунтовых резервов, выполнен совместно с С.В.Алексиковым, одним из научных руководителей которого являлся соискатель.

Реализация результатов исследований осуществлена в виде нормативно-методической документации, разработанной коллективами авторов с участием соискателя:

- Методические рекомендации по конструкциям дорожных одежд нежесткого типа доя районов глубокого сезонного промерзания юга Сибири/ Союздорнии. Омск. 1979. - 54 с.

- Методические рекомендации по конструкциям дорожных одежд с использованием местных материалов на строительстве автомобильной дороги Челябинск-Омск-Новосибирск /Союздорнии. - М., 1979. - 39 с.

- Инструкция по проектированию и строительству автомобильных дорог во вновь осваиваемых территориально-производственных комплексах Восточной Сибири: ВСН-ВС-82/Минэнерго СССР. - Братск, 1982. - 94 с.

- Стандарт объединения СТО 51.00.006.-82. Устройство асфальтобетонных покрытий на нефтепромысловых автомобильных дорогах Западной Сибири. Экспериментальное строительство /Гипротюменнефтегаз. 1982.- 12 с;

- Инструкция по проектированию и строительству автомобильных дорог для обустройства нефтяных и газовых месторождений на севере Тюменской области: ВСН 2-134-81/Миннефтегазстрой, Тюмень, 1983. - 125 с.

- Методические рекомендации по устройству асфальтобетонных покрытий на дорогах в нефтепромысловых заболоченных районах Западной Сибири/Союздорнии. - М., 1983. - 21 с.

- Руководящий документ по содержанию и ремонту автомобильных дорог нефтяных промыслов Западной Сибири: РД 39-21-90-83 /Министерство нефтяной промышленности. Гипротюменнефтегаз. Тюмень, 1985. - 262 с.

- Методические рекомендации по строительству асфальтобетонных покрытий при пониженных положительных и отрицательных (до минус 10 °С) температурах воздуха /Союздорнии. - М., 1990. - 52 с.

- Методические рекомендации по повышению деформативности и морозостойкости асфальтобетонных покрытий при низких температурах (до минус 50 °С) /Союздорнии. - М., 1990. - 36 с.

Результаты исследования используются в учебном процессе при подготовке специалистов. Для этих целей издано пять методических указаний и рекомендаций, два учебных пособия:

- Шестаков В.Н. Теплофгоические основы технологии строительства автомобильных дорог в зимнее время: Учебное пособие /СибАДИ. - Омск: ОмПИ, 1988. - 88 с.

- Петрашжевич Ю.И., Шестаков В.Н. Элементы дорожной климатологии и расчет дорожно-климатического графика на ЭВМ: Учебное пособие /СибАДИ. - Омск: ОмПИ, 1988. - 83 с.

Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на: VI Всесоюзном совещании-семинаре по строительству в суровых климатических условиях (г. Красноярск, 1970); Всесоюзном совещании-семинаре по исследованию водно-теплового режима автомобильных дорог (г. Минск, 1971); VII Всесоюзном совещании по закреплению и уплотнению грунтов (г. Ленинград, 1971); XXIX и XXXI научно-исследовательских конференциях МАДИ (г. Москва, 1971, 1973); научно-технической конференции ТюмИСИ (г. Тюмень, 1973); Всесоюзном научно-техническом совещании (г. Воркута, 1975); VI Всесоюзном совещании дорожников (г. Москва, 1976); Зональной научно-технической конференции (г. Хабаровск, 1976); IX Всесоюзном совещании по закреплению и уплотнению грунтов (г. Ташкент, 1979); научно-техническом семинаре (г. Владимир,

1981); региональной научно-технической конференции (г. Красноярск,

1982); Всесоюзном научно-техническом семинаре ВДНХ СССР (г. Москва,

1983); научно-технической конференции ВИСИ (г. Волгоград, 1985); научно-технической конференции ХАДИ (г. Харьков, 1985); региональной научно-технической конференции (г. Суздаль, 1983); научно-технических конференциях ВладПИ (г. Владимир, 1984, 1986, 1987); научно-технических конференциях СибАДИ (г. Омск, 1969-1990, 1995-1997); научно-практическом семинаре ассоциации исследователей асфальтобетона (г. Москва, 1992); научно-методическом семинаре кафедры "Строительство и эксплуатация дорог" МАДИ-ТУ (г. Москва, 1996).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 96 научных статей и тезисов докладов, получено авторское свидетельство. С участием соискателя разработано и издано 4 нормативно-технических документа и 5 методических рекомендаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Результаты исследований изложены на 315 страницах основного текста, включающего 110 рисунков, 34 таблицы, библиографию из 263 наименований; объем приложений - 29 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы прогнозирования теплофизического (ТФ) режима в технологии дорожного строительства, дана общая характеристика работы.

В первой главе рассмотрена роль ТФ фактора в технологии дорожного строительства, проанализированы сложившиеся подходы и расчетные схемы прогнозирования ТФ режима технологических операций.

В итоге многолетних исследований творческих коллективов НИИ и ВУЗов установлены взаимосвязи структурно-механических свойств дорожно-строительных смесей с их температурно-влажностным состоянием; выявлено определяющее влияние теплофизического фактора, как на качество технологических операций, так и на прочность, долговечность дорожных конструкций. Выработанный комплекс требований к технологическим свойствам смесей позволил назначить для практики дорожного строительства допустимые уровни их характеристик и состояний.

Закономерности ТФ режима технологических операций изучались В.М.Свденко и В.А.Черниговым с сотрудниками, А.А.Иноземцевым, Я.Н.Ковалевым, Н.Я.ВоБзетеуег, Л.Оаввоп и другими. Используя детерминированный подход и упрощенные расчетные схемы, получены математические модели для оценок технологических параметров операций, обеспечивающих качество работ только "в среднем".

Общим концептуально-методологическим принципом обеспечения надежности дорожных конструкций при их проектировании, строительстве и эксплуатации является вероятностно-статистический. На его основе установлено исключительно большое влияние качества работ на надежность дорожных конструкций (ВАТТ, МАДИ-ТУ, Союздорнии, КАДИ-ХАДИ, ВладПИ, СибАДИ и другие). Пути и методы обеспечения надежности дорожных конструкций повышением их однородности разработаны В.А.Семеновым и С.Ю.Рокасом.

Адекватное прогнозирование ТФ режима технологических операций возможно только по схеме случайного процесса. На примере (рис. 1) нормально распределенных, с математическим ожиданием т, и дисперсией Д, случайной величины и случайного процесса с нормированной корреляционной функцией к, (т) = ехр() показано, что игнорирование временного фактора О <Т < г и характеристики частотной структуры случайного процесса Р, приводит к завышению надежности события

р~р(К </'.;.-ту.

Приведена структурная схема диссертации, включающая теоретические (главы 2 и 3) и опытно-экспериментальные (глава 4) исследования, научно-производственные рекомендации (глава 5).

Во второй главе изложен,разработанный соискателем( вероятностно-статистический подход к прогнозированию ТФ режима в технологии дорожного строительства.

Технология дорожного строительства представлена функциональной системой (рис. 2), в которой ТФ режим конструктивно-технологической (КТ) среды, под влиянием случайных факторов изменяется как случайный процесс.

Прогнозируя ТФ режим КТ среды в условиях неопределенности производства работ, необходимо оценивать величину риска утраты требуемого качества технологической операции (процесса), а регулированием режима обеспечивать уровень технико-экономической оправданности риска. Для этого, в дополнение и развитие понятия технологическая надежность, введено понятие тепдофизическая надежность технологической операции (процесса).

Совокупность ограничений ТФ режима Аг-ой операции, определяемых ее технологическим регламентом, названа областью требуемого качества операции Кка .

ТФ надежность к-ой технологической операции Рк - такое свойство, при котором ТФ режим КТ среды г\(х,у,:,т) в течение времени выполнения операции г0 = тк - тк_, находится в области К^ . Оценивается ТФ надежность операции вероятностью

Р* - рПи.х.У.:.т) е К'0 ; тк_, < г < тк ] . (1)

Под отказом ТФ режима операции понимается его выброс за область Кд .

Оценка ТФ надежности нерезервированного технологического процесса, состоящего из нескольких операций, взаимодействующих таким образом, что отказы их ТФ режима редкие независимые события, а отказ режима по одной операции приводит к отказу режима процесса, производится перемножением соответствующих вероятностей.

Оптимизация ТФ надежности операции сводится к поиску компромисса, по критерию минимума суммарных единовременных затрат , между возможным ущербом С1к, связанным с риском (1-Рк) утраты тре-

буемого качества операции, и затратами, обеспечивающими ТФ надежность операции (рис.'З):

8к=С1к(1-1\) + Сп(Р,)^тт . (2)

В итоге прогнозирования ТФ режима рассчитываются технологические параметры процесса, обеспечивающие с заданной ТФ надежностью требуемое качество и минимизацию себестоимости работ. Управление ТФ режимом КТ среды (рис. 4) осуществляется по результатам статистического контроля за ним (обратная связь) и информации о состоянии практически неуправляемой погоды.

В методическом отношении общая схема прогнозирования ТФ режима подразделяется на решение "внешней" и "внутренней" задач. Решение "внешней" задачи заключается в построении вероятностно-статистических моделей климатических элементов, как случайных процессов. "Внутренняя" задача расчленяется на решение трех подзадач. В первой определяется реакция КТ среды, как динамического элемента технологической системы, на климатическое воздействие. По полученной вероятностно-статистической модели температурно-влажностного режима КТ среды, во второй подзадаче, с помощью весовой функции приведенного возраста материала, прогнозируются его свойства, определяющие качество операции. Решением третьей подзадачи о выбросах ТФ режима за область требуемого качества операции оценивается ее ТФ надежность.

Рассматривая "внешнюю" задачу, исходили из того, что температура воздуха в течение года изменяется как нестационарный случайный процесс. Ее математическое ожидание (МО) в г-ом месяце является суммой многолетней среднемесячной температуры та и суточных колебаний около нее

со средней амплитудой г'А>. Обработкой данных метеослужбы установлено,

что разница между МО и фактическим ходом температуры воздуха является кусочно-стационарным нормальным случайным процессом с корреляционной функцией (КФ) вида

К„ (г) = ПЦехр(- РС" О^соз сост , (3)

где О" , Д^ - дисперсии погодных и суточных изменений, °С2; /?, - частотный параметр погодных изменений, суг< ; сос~2я- частота суточных изменений, суг1 .

Между параметрами КФ (3) и расчетными климатическими данными о температуре воздуха, приведенными в СНиП 2.01.01-82, установлены тесные корреляционные зависимости.

Коротковолновая суммарная радиация £г подчиняется закономерностям периодического импульса с амплитудой, распределенной по закону

Рис. 1. Зависимость надежности Р от обобщенной переменной в{ : О - для случайной величины; ¿1 =1,2.....6 -для случайного процесса

Рис. 3. Схема к оптимизации теплофизической надежности к-ой технологической операции

и

Подсистема подготовите.'! ЬН о-яреязэолственных операций

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Подсистема транспорт ьпе операций смеся

Подсистема операций форюфоиапмя из смеся конструктивного слоя

н

5 Ч о

2 - 3 X

с 5 3 3 а> 2 о * 3 X а.

с О -V а и 3 ь о и

X л £ т 5 а.

г; £ п

5 ¡* О §

р 2 п

Операционный контроль качества

Геплофизнческнн режим коксгруктивн^техиолвпвческой средь»

2

3

>

Рис. 2. Структурная схема технологического процесса дорожного строительства

Рис. 4 . Структурная схема управления тепло физическим режимом конструктивно-технологической среды в технологическом процессе дорожного строительства

Релея, а скорость ветра V распределена по закону Вейбулла. Для эквивалентной температуры воздуха получена оценка ее суточной дисперсии

& Гз= - щ2( 1А1 )х ' > (4)

связанной с МО амплитуды эквивалентной температуры воздуха т(1эА1),

выражение которой следует из уравнения теплового баланса на поверхности КТ среды (Л.И.Горецкий, И.А.Золотарь, В.Н.Иванов, В.П.Носов, А.В.Павлов и другие).

В общем случае, при решении первой ''внутренней" подзадачи, тепло-и влагоперенос в КТ среде описываются системой дифференциальных уравнений в частных производных с источниками тепла и стока влаги при соответствующих стохастических краевых условиях. В частных случаях тепло- и влагоперенос может рассматриваться раздельно (А.ВЛыков. И.А.Золотарь, В.М.Сиденко, Е.И.Шелопаев и другие).

В зависимости от периода упреждения прогнозов ТФ режима операций предложена их классификация по видам: оперативный (до суток), краткосрочный (до месяца), среднесрочный (до года), долгосрочный (от года до двух) и сверхдолгосрочный (более двух лет). Последний вид прогноза, относящийся к задачам водно-теплового режима дорожных конструкций, примыкающим к технологическим задачам, в работе не рассматривался.

Оперативное прогнозирование ТФ режима ¡ш(т) в расчетной плоскости или объеме КТ среды выполняется при детерминированных граничных условиях^ учетом его монотонно изменяющегося во времени характера, описываемого одномерным законом распределения /(1„,т). Плотность распределения времени достижения режимом допустимого уровня /?„./ определяется следующим образом:

<р(г) =

(к д1 '

(5)

где в(1щ,х) - функция, представляющая собой последнюю общую ступень дифференцирования по /„ и г интегрального закона для .

При краткосрочном прогнозировании температурный режим КТ среды 1(г,х) определяется в результате преобразования ее линейным оператором вероятностной модели эквивалентной температуры воздуха. При известном начальном условии режима 1(2.г)\с(2,0) = 1Н он описывается моделью нестационарного нормального Случайного процесса с МО и КФ соответственно:

т1{1(2.г)\цг,0} = 1„} = т1(г) + к-1(г)[1„-т,(г)] : (6)

К![Цг.г)\1(1.0) = 1н] = В,(2)/к,(*7 -tl)-k,|г¡}kt(т:)]. (7)

13

Здесь: к. - нормированная КФ эквивалентной температуры воздуха; т:(:), 0,(:)- МО и КФ температурного режима в стационарном периоде времени:

т,(:) = т? Фг(а>г) + т(1 *)Ф2(б>с): (8)

В, (г) = ]Ф >г(а)ехр(-~Мю + О Г Ф :г(а> ). (9)

р^ж о 4р

где т ,э - МО эквивалентной температуры воздуха; Ф 7((о)- частотная характеристика КТ среды, в физическом отношении соответствующая относительной амплитуде колебаний в ней температуры.

Общее выражение частотной характеристики для у-го слоя КТ среды имеет вид:

Рс!и> \Рс1и>

Ф;/о) = С\у_, + ] + !)}, (10)

где С^ 0-1,2.....2п) - коэффициенты, являющиеся решением системы линейных уравнений, составленных на основе граничных условий задачи; ~)б>1о! - локальное число Предводителева; г = >/=7 - мнимая единица.

Решением задачи о температурных волнах в /г-слойной полуограниченной КТ среде показано, что их амплитуда и фаза существенным образом зависят от соотношения коэффициентов тепловой активности материала слоев А„ У = Ь} /¿)Ч,. Это влияние определяется значением температурной

волны, "отраженной" от границы слоев, которая, складываясь с "падающей" волной, повышает или понижает ее амплитуда и смещает фазу.

В явном виде получены функции затухания вероятностных параметров температурного режима в двухслойной и однородной средах.

Вероятность того, что за время выполнения операции т0 температурный режим КТ среды не провзойдет допустимый уровень /г/ определяется решением задачи о выбросах случайных процессов. Временная плотность вероятности р([!/\т) выражается через совместную плотность вероятности /(1,у\т) ординаты режима 1(т) и ее скорости изменения у,(т) для момента времени г :

(И)

о

Плотность распределения выброса режима за достаточно высокий уровень [I] подчиняется закону Пуассона, что позволяет ТФ надежность операции оценивать средним количеством выбросов режима за время т0

Р*р[1<1Ч;г*) = ехр1-\х1ф)<1т]. (12)

0

Среднесрочное прогнозирование ТФ режима операции выполняется исходя из того, что среднее количество выбросов режима за уровень /// на каждом временном отрезке г, составляет

й„Л<ЛЛг,./ = }дГАУ!г/</г, (13)

о

а ТФ надежность операции продолжительностью т0 = £ г,. оценивается

I

таким образом:

Р ^ р[1 <///.т„ )= гхр[-^п„([!};т0)]. (14)

1

Долгосрочное прогнозирование ТФ режима, как случайного временного ряда, выполняется его экстраполированием. Для эффективности прогнозирования необходимо, чтобы вероятность состояния режима в будущем зависела от состояния в предшествующие моменты времени.

Для обоснования модели влажностного режима грунтовых резервов в условиях междуречья Обь-Иртыш, в связи с их разработкой в теплое время года, выполнен статистический анализ режима по 18 станциям, равномерно размещенным на этой территории. Ретроспективная информация о влаж-ностном режиме резервов создавалась методом гидролого-клйматических расчетов (ГКР) по В.С.Мезенцеву - И.В.Карнацевичу.

Проверкой соответствующих статистических гипотез установлено, что среднемесячный влажностный режим резервов, на временном отрезке 30 месяцев (6 лег с мая по сентябрь включительно), в основном подчиняется закономерностям эргодического стационарного случайного процесса с отсутствием тренда и распределением ординат по усеченному нормальному закону.

В структуре влажностного режима присутствуют достаточно тесные внутрирядные связи с характерной цикличностью (рис. 5). Критерием цикличности режима является средний период его КФ по Ю.М.Алехину:

т¥ = 2(Т„-Т})/(М~1) , (15)

где г, , тп - абсциссы соответственно первой и последней точек пересечения оси абсцисс линией, осредняющей значения смежных ординат; /V - общее чисто точек, пересечений и касаний.

В третьей главе решены наиболее сложные задачи прогнозирования теплофизического режима технологических операций.

В подсистеме подготовительно-производственных операций долгосрочное прогнозирование влажностного режима грунтовых резервов в теп-

лое время выполнено методом оптимального линейного экстраполирования. Для этого по статистическим характеристикам ретроспективных значений влажностного режима (его среднему IV и КФ КЦ] - Dllk<rJ, где

]-1,2.....т). численно решалось линейное равенство

\Ур(т+Т) = \¥ + ±И1й- г_, + !яа Кп(т) , (16)

где - коэффициенты экстраполяции, определяемые решением системы уравнений из условия минимума среднеквадратичной ошибки прогнозиро-

о

вания а КП(т), зависящей от периода обратной связи т\ V/ т. ,. - центрированные значения влажностного режима относительно Ш ; одностороннее нормированное отклонение.

Оптимальный период обратной связи т=т

опт определялся поверочным прогнозированием при значениях т, изменяющихся от 1 до 30, и достигался при максимальном коэффициенте корреляции ГфП между фактическим и спрогнозированными значениями влажности. Оправдываемость прогноза

Ри-р оценивалась вероятностью попадания отклонений спрогнозированных значений от фактических в доверительный интервал. Прогноз принимался хорошим при Рщ> >90% и удовлетворительным при /пр ¿80%. Для хорошей и удовлетворительной оправды-ваемосги прогнозов значение среднего периода КФ (15) должно составлять Тц >5мес. По результатам 562 прогнозов по 18 станциям на территории

междуречья Обь-Иртыш оправдываемость хорошая и удовлетворительная (гфП =0,60...0,85; г^=5,4...22,6 мес), за исключением одной (Рпр =78% ,

гфп =0,35; гА/=4,8).

Территория междуречья Обь-Иртыш относится к районам рискованного производства земляных работ. Если ориентироваться на год по коэффициенту увлажнения грунта с обеспеченностью 90% , то планирование сооружения земляного полотна из суглинистых грунтов практически исключено. Прогноз показал (рис. 6), что грунт просушивается до допустимой влажности в третьей декаде июля. С учетом расчетов по И.А.Золотарю-А.С.Плоцкому снижения влажности грунта, после заблаговременной расчистки резерва от мохорастительного покрова (МРП), производство работ было рекомендовано планировать на первую декаду мая. Это позволило исключить создание и, как следствие, омертвление страховых запасов гидронамывного песка, снизить себестоимость работ.

п,й 0.4 0.2 , та\ ¡д г 'Л 1 ' » -0,65 | / гкГ=5,3 мес , > . 1 , <£ 1 .

•¿о*» 4 15 / \ г, мес

-0,4 -0.6

0,3 ¿™х=0,38 т Т- 6 мес

0,2

0,1

0

40 20 13 10 8 6 5 4 3 2 периоды гармоник Г, мес

Рис. 5. Нормированная корреляционная функция А:и и спектральная плотность среднемесячного влажностного режима суглинистого грунтового резерва в течение благоприятного строительного сезона, ст. Тобольск

гг, %

25 20 15

10

Рис. 6. Прогноз на 1981 г. среднемесячного влажностного режима фунтового резерва, сложенного суглинком тяжелым пылеватым, на равнинном участке ( / = 3%о ) под МРП. ст. Тобольск: 1 - влажностный режим за 1975.. 1981 гг; 2-поверочный прогноз; 3 - независимый прогноз; 4 - влажностный режим в расчищенном резерве с уклоном ¡= 20%а: 5 - допустимая влажность грунта

Долгосрочное прогнозирование влажностного режима грунтовых резервов дает возможность неопределенность в сроках производства работ Свести к ошибке прогноза.

В подсистеме транспортных операций выполнен о прогнозирование температурного режима нескладируемых смесей, который формируется ^следствие их теплообмена с внешней средой и случайности времени начала ^кладки.

Скорость движения автосамосвалов V по длине дорога / по А.В.Грико адекватно описывается стационарной нормальной случайной функцией с МО wv и КФ

Kx(l)=D, е.хр(-а,\1\)Р+ах\1\), (17)

в которой Dy . а у - дисперсия и частотный параметр изменчивости скорости, (км/ч)2: км -1 .

Время начала укладки смеси, доставленной на расстояние L, представлено нормально распределенной случайной величиной <р/т) (рис. 7),

для которой МО m\(L) и дисперсия D'r(L) складываются соответственно

из МО и дисперсий времени погрузки m", D". перевозки т][L], Dj(L) и

ожидания в очереди и разгрузки wf, Df :

m>r(L) = m?+L/m, +mFT ; (18)

D\(L) = D'!+2Dl m;4 a;: [(2al.L-3)+exp(-ayL)(arL + 3)]+Dp,. (19)

Надежность доставки смеси на расстояние L , за время до начала укладки не более допустимого /гг/, оценивается с помощью интеграла

Лапласа

[г ■*/-»!■'(L)

Р = р(т < [т Т];L) = 0,5 {1+Ф[ l—~L-Ii—у; . (20)

J2D>(L)

Показано, что максимально допустимое расстояние перевозки смеси за /г. /=1 ч с надежностью Р-0.95 при in, =40,5 км/ч, D, =56,3 (км/ч): и а, =0.25 км-1 составляет L 0 ц5 =34 км. Использование детерминированной оценки /.=40.5 км создает предпосылку к снижению качества операции.

При выполнении транспортных операций битумоминеральная смесь

¡=6

охлаждается со средним по ее массе С темпом l[- = 0.76(Gcf' , в

¡=i

выражении которого: с - удельная теплоемкость смеси, а А:а/=с, l(i+a, Ä,,) -коэффициент теплопередачи /-ой поверхности среды площадью F,, зависящий от коэффициента теплоотдачи аг,- (v+V) и термического сопротивления утеплителя Ry j.

Температурное состояние смеси, описываемое при ее выпуске в течение смены нормальным законом <р(1с) с МО т] и дисперсией В[., после перевозки при температуре воздуха 1°в на расстояние Л, к началу укладки переходит в нормальный закон <р(1нХ) (рис. 7) с МО

т '/(Ы = (т Г - 1°в) ехр[- Уа т 1(1)]+ !°в (21)

и дисперсией, складывающейся из трех компонент

В'и(и=В,с(1)+0в,(и + 0](1.) . (22)

Начальная дисперсия температуры смеси 0'с уменьшается по закону В,сЦ)=0,с ехр1~2У^т)(1)]. (23)

а дисперсия, приобретаемая вследствие неравномерного охлаждения смеси по массе за время до начала укладки, увеличивается

О'' (и =[0.146 т К и У0 ехр[-088 Уа т \(1)] (т"; - г°н) (24) В свою очередь, дисперсия температуры смеси, из-за случайности времени начала ее укладки, является возрастающей функцией

О ; (Ь) = 0 1 (Ь) {(т <; - Г°в I ехР{- И, т \(1)] ):. (25)

Анализ показал, что при выполнении транспортных операций коэффициент вариации температуры смеси С'г( 1) = ^0'н( Ь) / тIЬ) возрастает. Пути снижения температурной неоднородности битумоминеральной смеси подразделены по трем выявленным причинам их возникновения.

ТФ надежность доставки смеси на расстояние Ь с температурой к началу укладки не ниже оценивается зависимостью

1Р~ -тн /1 }

Р=р( I >1РЧ-: и=0,5\1+ Ф( ? /;. (26)

V2 0:н/1)

Например, если асфальтобетонная смесь приготавливается в течение смены с т,с=150 °С и й'с = 11 "С2 с последующей погрузкой (т" =0,1 ч, С"-0,2), перевозкой (7=7000 кг на расстояние 1=30 км при ¿3=10 °С и у=5м/с (ту- 40 км/ч , £>[ = 50 (км7ч):, а, =0,25 км-') и ожиданием до укладки (те^О.15 ч, С[ =0,2), то она будет иметь перед укладкой т" (30) = 122°С и й'н(iO^=330C: . Минимальная температура смеси перед укладкой с Р=0,95 составит 4"=113«С.

В подсистеме операций формирования из смеси конструктивного слоя выполнено прогнозирование ТФ режима укладки и уплотнения битумоми-неральных (БМ) смесей, ухода за цементоминеральными (ЦМ) слоями в теплое и холодное время.

Детерминированная часть решения задачи охлаждения БМ слоя тол-шиной Л с начальной температурой /„ . уложенного'на основание с температурой г0. получена при граничных условиях II 1-го рода на поверхности слоя и I \'-го рода на контакте с основанием

1(:,г) = 1в+в0(1„ - !о)-вв0„ - Ч). (27)

Здесь в 0, в в - функции изменения относительной темпфатуры БМ слоя вследствие температурного напора со стороны основания и внешней среды, имеющие вид (Ро<0,3):

7 7.

9В = ег/с—J== - ехр(Вг Ро + г)ег/с(В'п[То + —); (29) 24 Ри 2\1Ро

Л- к, ь: я

где а,, Л, - коэффициенты температуропроводности и теплопроводности материала БМ слоя; Ь1 ,Ь2 - коэффициенты тепловой активности материалов БМ слоя и основания; а - коэффициент теплоотдачи БМ слоя.

При укладке БМ слоя на основание температура на их контакте понижается скачкообразно на величину холодящего эффекта X = 1-ва(Я.О) = (1+кьПо величине эффекта основания подразделены на "теплые" (Л'< 0.5; кь > ]), "нейтральные" (Л - 0.5: к^ = 1) и "холодные" (А'> 0.5: к„ < /).

Исследованы закономерности плотности теплового потока

д(:.т)= -X , и теплопотерь £>(^д(:л)йг БМ слоя в воздух

0 г „

:=0 и основание В эффективный для уплотнения период времени сток тепла в основание превышает сток тепла в воздух (рис. 8). Влияние коэффициента тепловой активности материала основания Ь2 в талом состоянии достигает на его контакте с уплотняемым слоем 30°С. В холодное время года БМ слои предпочтительно устраивать на "теплых" основаниях.

В вероятностном аспекте рассмотрен температурный режим БМ слоя с начальной температурой смеси, распределенной в течение смены по нормальному закону <р (1Н } (рис. 7) с МО т"(Ь) и дисперсией В'и(Ь) соответственно в виде (21) и (22).

Среднеинтегральный по толщине слоя Я режим 1н(т) при укладке и уплотнении подчиняется закономерностям монотонно убывающего нормально распределенного случайного процесса (рис. 9) с МО

транспортных операций

0,15

0,10

0,05

0 0,4 0,8 1,2 г,ч

Рис. 8. Изменение относительных теллспотерь во времени асфальтобетонным слоем Я =0,15 м при г=5 м/с в воздух (1) и основание (2): а - "теплое", £¿ = 1,6!; б - "нейтральное",£¿=1,0; в - "холодное", А(,=0,66

Ш1(т)= 10 + вп(Го,кь)(т ^(¿)-[01-вв(Ро, Ш)[т '<((30) и дисперсией

В 1(т)=О,н(1)[0о(Го,к,)-0в(Ро,В1)]2 , (31)

где 60 ,9В - среднеинтегралъные функции относительных температур БМ слоя, входящих в (27), выражения которых номографированы.

Плотность распределения времени остывания слоя до критической, по условию удобоуплотняемости смеси температуры [1К ], описывается законом, следующим из (5) (рис. 9)

20 ,(т)

л/57Тд

(32)

При детерминированном подходе допустимая продолжительность операции укладки и уплотнения БМ слоя определяется моментом времени т* (рис. 9), когда около 50% площади слоя еще находится в потенциально

удобоуплотняемом состоянии. Вследствие температурной неоднородности слоя предельное условие 1к(т)<[1К] достигается во временном спектре. Продление заключительной стадии уплотнения до момента времени [г, /. определяемого из условия

/Г,/

Р^р {Тк(т)<[1к];т = [т3]}= ¡<рк(т)с1г, (33)

о

создает объективную предпосылку для повышения однородности БМ слоя по плотности.

Температурный режим БМ слоя будет находиться в области требуемого качества Ка, если нижний уровень температуры в начале укладки 1РН , оцениваемый по (26), обеспечен условием (рис. 9)

V о в

в котором в и в - среднеинтегралъные функции относительных температур, определенные за минимально возможное время укладки и уплотнения БМ слоя /гя41У «0,4 ч, то есть при Ро^ = а,[тти1//К2.

В условиях производства работ предыдущего примера, проверка возможности укладки и уплотнения асфальтобетонного слоя Я=0,10 м (смесь типа В на битуме БНД 90/130, [1К]=65°С) на цементобетонном основании

(£4=0,66) показала, что условие (34) выполняется: 1°и" = 113°С >/ 1„т]=92"С; т?=1,0 ч, а (г, 7^=1,15 ч, то есть продление заключительной стадии уплотнения рационально на 0,15 ч.

Для прогнозирования прочности и тепловыделения ЦМ материала использован принцип приведенного возраста по В.СЛукьянову.

За время твердения Т в температурном режиме !(:. г) приведенный к 20"С возраст материала г,6 определяется интегралом от температурно-

весовой (ТВ) функции \¥:о(1)

т

т = \1У:о[1(2,т)]ёт. (\УМ > 0; Иг„(20) = 1). (35)

о

При твердении ЦМ слоев в теплое время ТВ-функция материала практически линейна И',,(I) = а „.+ I , их температурный режим ¡(г.т)

на месячном интервале времени является стационарным нормальным случайным процессом с МО т,(:) и КФ К,(2,г), а приведенный возраст материала монотонно возрастающим нестационарным нормальным случайным процессом с МО

т:о(-.,Т) = Га„ + /3,т,(:)/Г (36)

и дисперсией

О;,(:.Т)=20:И](Т-Г)К,(:,т)](1Т . (37)

о

ТФ надежность операции по уходу за ЦМ слоем в теплое время определяется вероятностью достижения приведенным возрастом материала за время 7* требуемого значения /г,0/

Р*р(т,_0>[т Т)=1-]<р ш(т) ¿г , (38)

о

где <р 2Г>(т)- плотность распределения времени достижения возраста [т :о ] описывается выражением

:о(т)=-г~ехр{

1 _ , [[г:о]-т :о(:л)]\

■ (39)

Вероятностная оценка времени твердения цементобетоном, уложенным 1 июля в покрытие 0,2 м с альбедо пленкообразующего материала 0,7, показала (рис. 10): прочность при сжатии 0,7/?28 ([т:о /=6,25 сут) на поверхности слоя достигается в случае "жаркого" месяца (/'=0,1) через 5,25 сут, то есть к 6 июля, а если он будет "прохладным" (Р=0,9), то только через 13,5 сут, то есть к 14 июля. На подошве слоя время набора требуемой прочности отстает на 0,25 сут.

Прогнозирование ТФ режима ЦМ слоев, твердеющих в холодное время под утеплителем толщиной Л, выполнено из условия достижения с ТФ надежностью Р до замерзания слоя 1(И,т)> критического возраста

материала т?0(11,т)> [т20].

Рис. 9. Расчетная схема к прогнозированию температурного режима битумомянерального слоя при укладке и уплотнении

Рис. 10. Прогноз времени набора прочности 0,7/?2, цементобетоном, твердеющим в покрытии в июле месяце, ст. Владивосток

Задача термосного твердения ЦМ слоев в детерминированной постановке решена численным методом прогонки. Выделено три периода температурного режима КТ среды: переходный - быстропротекающий, когда температура на граничных поверхностях слоя в начальный момент времени снижается в соответствии с закономерностями холодящего эффекта; квазистационарный, когда плотности тепловых потоков из ЦМ слоя в воздух и через термоподушку подчиняются закону Фурье; заключительный, для которого характерно изменение направленности теплового потока из термоподушки в ЦМ слой. С учетом выявленных закономерностей составлено нелинейное ннтегро-дифференциальное уравнение теплового баланса слоя с окружающей средой, решение которого сведено к системе рекуррентных уравнений.

Стохастические закономерности ТФ режима термосного твердения ЦМ слоя выявлены его статистическим моделированием, вариант которого приведен на рис. 11. Суточные изменения температуры воздуха практически не сказываются на ТФ режиме слоя, а погодные изменения обусловливают его существенную изменчивость: закон распределения времени начала замерзания слоя <р,(тч) достигает размаха от т%*=114 ч до г£"=384 ч, а закон распределения достигнутого при этом приведенного возраста <Р'2о(т2о) изменяется от г™=93ч до г~=224ч.

Практически благоприятным обстоятельством является выраженная положительная асимметрия закона распределения <р^(?2о)- С ростом его коэффициента асимметрии последствия, связанные с риском 1-Р превде-временного замерзания слоя, уменьшаются.

Установлена тесная линейная корреляционная зависимость приведенного возраста ЦМ материала к началу замерзания слоя г^ от времени до этого момента тл, положенная в основу методики статистического контроля за ТФ режимом операции термосного твердения.

Для практических целей обосновано выражение расчетной температуры воздуха термосного твердения ЦМ слоев (рис. 12)

1рв(т) = т,+ ехр(-р2 г2 )(1°в-т,)- 2Афехр(-рг), (40)

следующее из эквивалентности тепловых импульсов (2(т), °С-ч моделей температуры воздуха в виде условного случайного процесса 1В(т)\ 1В(0) = ("в и расчетной (40). Это выражение позволяет рассчитывать более экономичные технологические параметры, нежели следующие из рекомендаций НИИЖБ в виде минимальной температуры воздуха в месяц производства работ (рис. 12).

Рис. 11. Прогноз ТФ режима цементобетонного основания (/г28 =20Мпа), твердеющего способом термоса с Р-0,85 в ноябре месяце, ст. Омск: а-реализации температуры воздуха при =-10°С; б - температура на контакте с утеплителем из минваты Яу=0,95 (мг-К )/Вт; в - приведенный возраст бетона к началу его замерзания (^ гя>/=ПО ч; 0.5 К,8)

Температурный режим ЦМ слоя, твердеющего способом холодного термоса, на контакте с утеплителем 1(И, г) описывается нестационарным нормальным случайным процессом с МО (6) и КФ (7). Для оценки ТФ надежности операции твердения, согласно (12), получено в явном виде выражение среднего количества понижений температуры 1(Кт) в единицу времени за уровень льдообразования материала /г/= 1Л < 1И , следующее из (11). Время твердения слоя т0 определяется из связи критического возраста ЦМ материала с лротивоморозными добавками [тк ] с температурой твердения

-20°С^1й0°С, (41)

где т°. А, Ь - эмпирические коэффициенты, определяющиеся составом смеси и критической прочностью материала.

При распределении начальной температуры ЦМ смеси по нормальному закону условие, обеспечивающее ТФ надежность операции Р, имеет вид

[тл] = т0 = -Ш1оёРЩ(И)/ОУШГ-1ехр (42)

2ЩП)

где Оу(И) - дисперсия скорости изменения температуры под утеплителем, (°С/сут)2.

Из приведенных на рис. 13 результатов расчетов технологических параметров твердения основания из тощего бетона М200 с хлористыми солями (критическая прочность 0,5Д;8: г? =5,0; Л =0,11; ¿>=2,5) следует, что решение В.А.Чернигова о средня ет толщины утеплителей и завышает минимальное время твердения. Это приводит в одних случаях к увеличению зимних удорожаний, а в других - к преждевременному замерзанию ЦМ слоя, то есть браку.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям теп-лофизического режима в процессе опытного строительства и стендового моделирования.

Применительно к природным условиям междуречья Обь-Иртьпп выполнена оценка точности и достоверности математических моделей влаж-носгного режима грунтовых резервов до и после проведения инженерно-осушительных мероприятий. Ошибка расчетов среднемесячной влажности резервов методом ГКР в доверительном интервале 0,95 не превышает 9,8%, а среднедекадной 12%. Это позволяет его использовать для восстановления ретроспективной информации о влажностном режиме резервов с последующим долгосрочным прогнозированием по (16). Максимальная ошибка влажностного режима, рассчитанного по методу И.А.Золотаря-

Рис. 12. Расчетная температура воздуха, обеспечивающая с ТФ надежностью Р=0,95 термосное твердение ЦМ слоя в ноябре месяце; ст. Омск. Пунктирная линия - рекомендуемая НИИЖБ

А, м 0,25

0,20

0,15 0,10

0,05

0

2,5

5,0

7,5

10,0

12,5

15,0 г0, сут

Рис. 13. Толщина утеплителя из граншлака и минимальное время выдерживания под ним основания из тощего бетона с хлористыми солями, обеспечивающие его твердение с ТФ надежностью Р=0,95 в ноябре месяце; ст. Новокузнецк. Пунктирная линия - расчетом по П.А.Чернигову

А.С.Плоцкого, составляет 10%, что дает возможность по результатам долгосрочного прогнозирования оценивать возможную величину снижения влажности резерва после проведения инженерно-осушительных мероприятий.

Предельная величина отклонения температурного режима асфальтобетонных слоев, рассчитанного по решению (27), от измеренного при стендовом моделировании, не превосходит 7% (рис. 14).

В процессе опытного строительства битумопесчаного основания при температуре воздуха минус 4° С и скорости ветра 5 м/с подтверждено, что начальная температура смеси при укладке изменяется по нормальному закону. По мере остывания слоя коэффициент вариации его средней по толщине температуры остается практически постоянным, а коэффициента уплотнения уменьшается. Вероятностные закономерности температурного режима слоя при его укладке и уплотнении удовлетворительно описываются функциями (30) и (31) (рис.,15).

Стендовым моделированием термосного твердения цементобетонного слоя, с комбинациями термоподушки из песка и пенопласта и привлечением натурных экспериментальных данных НИИЖБ, установлено, что величина отклонения температурного режима слоя, рассчитанного численным методом, в пределе не превышает 12%. Показано, что термоподушка с прослойкой из пенопласта является рациональным приемом регулирования температурного режима цементобетонного слоя, устраиваемого способом, защищенным а.с. N 870560. С теплофизических позиций область применения модифицированного термосного твердения ЦМ слоев может быть расширена до температуры воздуха при производстве работ минус 15° и основании, промерзшем более чем на 0,05 м.

Установлено, что по мере твердения цементогрунта его льдистость уменьшается, снижаясь в 28-и суточном возрасте почти вдвое. Это является следствием увеличения удельного объема микропористое™ материала. Морозостойкость цементогрунта в раннем возрасте, оцениваемая остаточной деформацией и коэффициентом морозостойкости, определяется структурной прочностью и льдистостью. Цементогрунт достигает критического возраста в 14-и суточном возрасте, когда его прочность при сжатии составляет 0,8...0,85Ä2i.

Предварительное выдерживание перед уплотнением цементогрунто-вой смеси в течение 4...5 часов при низких положительных, а при введении противоморозных добавок и отрицательных температурах, благоприятно сказывается на конечных свойствах материала, что связано с повышением растворимости свободной извести в этих условиях.

Рис. 14. Температурный режим асфальтобетонного слоя: сплошные линии - расчетом по (27); точки - экспериментальные данные; цифры на кривых - номера термопар в модели

Рис. 15. Теплофмзический' режим битумопесчаного основания 0,15 м в течение смены: а - распределение начальной температуры смеси; б - температура слоя; в - коэффициент уплотнения. 1 - расчетом по (30); 2,3 - верхняя и нижняя границы; 4 - на контакте с термоподушкой

В пятой главе приведены разработанные методики расчетов, идейная сторона которых заключается в решении целевой практической задачи -оценке технологических параметров, обеспечивающих с заданной ТФ надежностью требуемое качество операций и минимизацию себестоимости работ.

Методика оценки условий разработки грунтовых резервов в теплое время, по результатам долгосрочного прогнозирования их влажностного режима для территории междуречья Обь-Иртыш, дает возможность: на основании выполненного районирования оценивать принципиальную возможность сооружения земляного полотна из местных грунтов с их естественным просушиванием; определять необходимость ннженерно-осушительных мероприятий и величину снижения влажности резервов после их проведения; назначать рациональные сроки производства работ и выполнить технико-экономическое обоснование способа производства работ.

Для подсистемы транспортных операций с нескладируемой дорожно-строительной смесью методика позволяет рассчитывать такие технологические параметры с заданной ТФ надежностью, как минимальную температуру смеси перед укладкой, максимально допустимые расстояние и время ее транспорпгрования ; рационализировать эта параметры.

Методика расчета технологических операций укладки и уплотнения БМ слоев дает возможность с заданной ТФ надежностью оценивать: возможность их качественного выполнения в определенных условиях производства работ; минимально допустимую температуру смеси перед укладкой и максимально допустимое время ее укладки и уплотнения.

Для операции твердения цементоминеральных слоев способом термоса и холодного термоса методика позволяет рассчитывать с заданной ТФ надежностью толщину утеплителя и минимальное время твердения под ним слоя, оптимизировать технологические параметры твердения по критерию минимальной себестоимости работ и оценивать технико-экономическую целесообразность производства работ.

Разработанные методики расчетов сопровождаются комплексом программ для ЭВМ ("РЕТРО", "ПРОГНОЗ", "АСФАЛЬТ-РЯ", "ТЕРМОС", "ТЕРМОС-Х"), расчетной базой данных и примерами, в частных случаях номограммами.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Решена научная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение, заключающаяся в обеспечении качества и надежности дорожных конструкций путем прогнозирования теплофизического (ТФ) режима в условиях неопределенности их строительства. Комплекс выполненных теоретических и опытно-экспериментальных исследований развивает научное направление в технологии дорожного строительства - технологическая надежность.

2. Адекватное прогнозирование ТФ режима технологической операции достигается его математическим моделированием или экстраполированием по схеме случайного процесса. ТФ режим характеризуется: математическим ожиданием, корреляционной функцией и законом распределения ординат, а конструктивно-технологическая (КТ) среда ее частотной характеристикой. Взаимосвязь ТФ режима со свойствами материала определяется весовой функцией приведенного возраста материала.

Долгосрочное прогнозирование ТФ режима эффективно в тех случаях, когда в его статистической структуре присутствуют ближние и дальние внутрирядные связи с выраженной цикличностью. Эффективность краткосрочного прогнозирования ТФ режима повышается при использовании информации о погодных условиях в день производства работ.

3. По результатам прогнозирования ТФ режима определяются технологические параметры операции, обеспечивающие с заданной ТФ надежностью ее требуемое качество. ТФ надежность операции оценивается вероятностью нахождения режима в области ее требуемого качества, а заданное значение надежности достигается регулированием свойств и состояния КТ среды, включая весовую функцию приведенного возраста материала.

4. При производстве работ устойчивое управление ТФ режимом КТ среды достигается: принятием решений, обеспечивающих регламентируемые проектом производства работ технологические параметры процесса с заданной ТФ надежностью; статистическим контролем режима.

5. Опытно-экспериментальными исследованиями подтверждена достаточная точность, достоверность разработанных моделей прогнозирования и оправдываемосгь по ним прогнозов ТФ режима характерных технологических операций.

6. Разработаные методики расчетов технологических параметров операций позволяют обеспечивать с заданной ТФ надежностью требуемое качество операций и минимизировать себестоимость работ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах соискателя:

1. Шестаков В.Н. О конструировании дорожных одежд с цементог-рунтовыми слоями для суровых климатических условий//Изв. вузов. Стр-во и архитектура. - 1971. - N 8. - с. 146-150.

2. Шестаков В.Н., БелковВ.И., Миронов А.А. Расчет температурного режима дорожных конструкций с применением теории случайных функций//Вопросы стр-ва и эксплуатации автомобильных дорог. - Омск, 1973.-Вып. 4.-с. 33-51.

3. Шестаков В.Н., Ильин П.П. Об охлаждении битумоминераль-ных слоев дорожных одежд в технологическом процессе//Изв.вузов. Стр-во и архитектура. - 1974. - N 2. - с. 135-140.

4. Шестаков В.Н. Прогнозирование охлаждения "черных" дорожных покрытий в связи с оценкой их трещиноустойчивости/УИзв.вузов. Стр-во и архитектура. - 1974. - N 10. - с. 129-134.

5. Шестаков В.Н., Смирнов А.Н. О надежности утепления слоев дорожных одежд из смеси с противоморозными добавками.//Изв.вузов. Стр-во и архитектура. - 1975. - N 1. - с.123-127.

6. Шестаков В.Н., Смирнов А.Н. Конструктивно-деструктивные процессы в цементогрунте раннего возраста при пониженных положительных и отрицательных температурах //Стр-во и эксплуатация автом. дорог. - Новосибирск, 1976. - с. 35-46.

7. Шестаков В.Н., Шестаков А.Н. Вероятностный прогноз расчетной влажности грунтов земляного полотна методами теории надежности //Изв. вузов. Лесной журнал. - 1976. - N 4. - с. 62-65.

8. Шестаков В.Н., Шестаков А.Н., Смирнов А.Н. Расчет и регулирование температурного режима цементобетонных слоев, устраиваемых в зимнее время //Материалы VI Всесоюзного совещ. по основным направлениям науч.-техн.прогресса в дорожном стр-ве. Вып. 8. Расчет и конструирование дорожных одежд./СоюздорНИИ. - М„ 1976, - с. 94-97.

9. Шестаков В.Н., Шестаков А.Н., Кузнецов Б.И. Исследование температурного режима асфальтобетонных слоев в технологическом процессе//Стр-во и эксплуатация автомоб. дорог: Межвуз. сб./НИСИ, СибАДИ - Новосибирск, 1977. - с. 18-37.

10. Шестаков В.Н., Шестаков А.Н. Номограмма для расчета охлаждения асфальтобетонных слоев//Автомобильные дороги. -1978. - N 1.-е. 22.

11. Шестаков В.Н., Шабанов В.М. Вероятностная оценка влажност-ных воздействий на дорожные основания//Автомоб.дороги. и дорожное

стр-во: Респуб. межвед. науч. техн. сб. - Киев, 1978. - Вып.22.- с.36-39. (на укр. яз.).

12. Шестаков В.Н., Шестаков А.Н. Совершенствование расчета термосного выдерживания цементобетона в дорожных слоях//Повышение эффективности асфальтовых и цементных бетонов в Сибири: Межвуз.сб./ НИСИ, СибАДИ. - Новосибирск, 1978. - с. 80-91.

13. Шестаков В.Н., Шестаков А.Н. Прогнозирование прочности бетона, твердеющего в случайном поле температур//Изв.вузов. Стр-во и архитектура. - 1979. - N 5. - с. 124-127.

14. Шестаков В.Н., Шестаков А.Н. Температурные волны в дорожных конструкциях//Изв.вузов. Стр-во и архитектура. -1979.-N 10,- с.140-145.

15. Шестаков В.Н., Никольский Ю.Е., Писклин В.М. Вероятностно-статистическое моделирование температурного режима дорожных одеждИ Стр-во и эксплуатация автомоб. дорог: Межвуз.сб./ОмПИ, СибАДИ -Омск, -1979. - с. 65-72.

16. Шестаков В.Н., Смирнов А.Н., Шестаков А.Н. Оптимизация надежности утепления дорожных слоев из смесей с противоморозными до-бавками.//Автомоб. дороги и дор. стр-во: Респ. межвед. науч.-техн. сб. -Киев. 1980. -Вып. 26. - с. 32-34. (на укр.яз.).

17. Способ возведения дорожной одежды в зимнее время: A.c. 870570 СССР МКИ Е 01 С3/06. Шестаков В.Н., Шестаков А.Н.; СибАДИ N2858406/29-33; Заявл. 25.12.79; Опубл. 7.10.81, бюл. N 37 //Открытия. Изобретения. Пром. образцы. Товарные знаки. - 1981. - N 37. - с. 160

18. Шестаков В.Н., Шестаков А.Н. Вероятностная оценка допустимого расстояния перевозки нескладируемых строительных смесей//Изв. вузов. Стр-во и архитектура. - 1982. - N 1. - с. 85-88.

19. Шестаков В.Н., Шестаков А.Н. Вероятностная математическая модель температуры воздуха для целей зимнего бетонирования//Изв. вузов. Стр-во и архитектура, 1982. - N 9. - с. 91-94.

20. Шестаков В.Н., Алексиков C.B. Статистическое моделирование утепления грунтового карьера//Актуальные вопросы стр-ва и эксплуатации автомоб. дорог в условиях Сибири: Межвуз.сб./СибАДИ. - Омск: ОмПИ, 1983,-с. 104-107.

21. Шестаков В.Н., Алексиков C.B. Долгосрочное прогнозирование динамико-статистическим методом влажности грунтов в карьерах для возведения земляного полотна// Изв. вузов. Стр-во и архитектура. 1984.- N7.-с. 105-109.

22. Шестаков В.Н., Исаенко М.В. О расчете прочности цементобетона с Противоморозными добавками при переменной температуре тверде-

ния. //Исслед. свойств цементных и асфальтовых бетонов: Сб. науч. тр./СибАДИ. - Омск, 1984. - с. 61-64.

23. Шестаков В.Н., Шестаков А.Н. Вероятностные аспекты выдерживания бетонных конструкций методом холодного термоса. Изв. вузов. Стр-во и архитектура, 1984. - N 4. - с. 116-200.

24. Шестаков В.Н., Шкуренко В.И., Исаенко М.В. Теплофизиче-ские процессы в комплексной технологии строительства дорожных одежд в холодное время года.//Совершенствование дорожных конструкций и технологии стр-ва автомоб.дорог в условиях Сибири и Севера. Тр. Союз-дорНИИ. - М„ 1984. - с. 62-68.

25. Шестаков В.Н., Исаенко М.В. Теплотехнический расчет условий термосного выдерживания цементобетонных дорожных слоев в зимнее время. //Исследование транспортных сооружений Сибири/ ТИСИ. - Томск, 1987.-с. 146-153.

26. Алексиков C.B., Шестаков В.Н. Экономическая эффективность долгосрочного прогнозирования влажности грунтов в карьерах и резервах для сооружения полотна автомобильных дорог.//Исследование транспортных сооружений Сибири/ ТИСИ.. - Томск, 1987. - с. 3-5.

27. Шестаков В.Н., Исаенко М.В., Алтемиров С.А. Совершенствование оценки параметров корреляционной функции зимнего режима температуры воздуха.//Повышение эффективности стр-ва ,и эксплуатации ав-томоб. дорог: Сб.науч.тр./СибАДИ. - Омск. 1987. - с. 9-13.

28. Шестаков В.Н., Исаенко М.В. О прогозировании и регулировании температурного режима конструкций, бетонируемых в зимнее время.// Исследование цементных бетонов и пластобетонов: Сб.науч.тр./СибАДИ. -Омск, 1988.-е. 144-J 49.

29. Алексиков C.B., Шестаков В.Н. О возможности естественного просушивания грунтов в карьерах и резервах для сооружения полотна автомобильных дорог на территории междуречья Обь-Иртыш.//Вопросы проектирования, стр-ва и содержания автомоб. дорог и мостов в условиях Сибири: Сб. ст./ ТИСИ. - Томск,' 1990. - с. 52-57.

30. Шестаков В.Н., Шестаков А.Н. Автоматизированный расчет температурно-технологических параметров (ТТП) строительства асфальтобетонных слоев в холодное время года//Актуальные вопросы стр-ва и эксплуатации автомоб. дорог: Сб. научн. гр./ОмПИ. - Омск, 1992.-с. 44-51.

31. Шестаков В.Н. Об оценке теплофизической надежности зимних дорожно-строительных процесссв//Проектирование и стр-во автомоб. дорог и мостов в Сибири. Томск: Изд.Том.ун-та, ¡992. - с. 119-124.

32. Шестаков В.Н. Основы прогнозирования теплофизического режима в технологии дорожного строительчства./Матер. Международной научно-практ. конф. "Город и транспорт" - Омск, 1996. - с. 66-67.

33. Шестаков В.Н. Технология дорожного строительства, как объект прогнозирования теплофизического режима.//Проблемы дорожного строительства: Тезисы докл. Респ. научно-практ. конф./Федеральная авт.-дор. служба РФ и др. - Суздаль, 1996. - с. 34-35.

34. Шестаков В.Н. Вероятностно-статистическое прогнозирование теплофизического режима в технологии . дорожного строительст-ва.//Проблемы дорожного хозяйства Европейского Севера: Тезисы докл. научно-практ. конф./Архангельский гос. техн. университет. - Архангельск, 1996.-с. 22-23.

ШЕСТАКОВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

ОСНОВЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОГО РЕЖИМА В ТЕХНОЛОГИИ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

05.23.11 - Строительство автомобильных дорог и аэродромов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать 4.08.97. Формат бумаги 60x84 1/16.- Уч.-изд. 2,0. Тираж 120. Заказ 296.

Издательско-палиграфический отдел НОФ ОмГУ 644077, Омск-77, пр.Мира, 55-а, госуниверситет