автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Расчетно-теоретическое обоснование проектирования и строительства сооружений в условиях промерзающих пучинистых грунтов

На правахрукописи

КУДРЯВЦЕВ Сергей Анатольевич

РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ПРОМЕРЗАЮЩИХ ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТОВ

Специальность: 05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

АВТОРЕФЕРАТ Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена на кафедре «Основания и фундаменты» в Государственном образовательном учреждении Высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Министерства путей сообщения Российской Федерации»

Научный консультант - доктор технических наук, профессор, лауреат Государственной премии РФ Улицкий Владимир Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бугров Александр Константинович;

доктор технических наук, профессор Гольдин Александр Львович;

доктор технических наук, профессор Карлов Владислав Дмитриевич

Ведущая организация: ФГУП Проектно-Изыскательский Институт «Фундаментпроект», Москва

Защита состоится декабря 2004 года в И часов на заседании

диссертационного совета Д 212.223.01 при ГОУ ВПО Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 190005, г. Санкт-Петербург, ул.2-я Красноармейская, д.4; ауд. 206, факс. (812) 316-58-72.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан << ^ » 2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета

с13611

/ Г.М. Бадьин

Актуальность работы. Проблема негативного воздействия морозного пучения на сооружения в период промерзания грунтов находится в центре внимания, начиная с момента строительства и в течение всего времени эксплуатации сооружений. Причиной такого внимания являются многочисленные деформации зданий, сооружений, рельсового пути и опор контактной сети, вызываемые морозным пучением грунтов. Неравномерное пучение грунтов негативно воздействуют на конструкции зданий и сооружений, приводя их в аварийное состояние, искажая профиль рельсового пути. Для обеспечения безопасного движения поездов на пучиноопасных участках требуется постоянный ремонт пути с затратой большого количества-рабочей силы и огромных средств. Проблема морозного пучения грунтов определяется не только количеством отремонтированных зданий, сооружений, замененных участков пути и опор контактной сети, но и безопасностью перевозок и эксплуатации сооружений. В силу этого проблема может быть названа социальной, имеющей важное народно-хозяйственное значение.

Разработка новых методов расчёта сооружений в условиях сезонного промерзания морозоопасных пучинистых грунтов, повышающих эксплуатационную надёжность проектируемых и реконструируемых транспортных сооружений, является актуальной проблемой в области капитального строительства и эксплуатации сооружений.

Для проектирования, строительства, реконструкции и эксплуатации различных инженерных сооружений, возведенных на территории распространения сезонного промерзания грунтов, необходимо уметь делать многофакторную оценку естественных инженерно-геокриологических условий района изучения, позволяющую расчетным путем прогнозировать все возможные неблагоприятные воздействия в процессе хозяйственного освоения территории. Последнее приобретает особое значение в связи с необходимостью разработки специальных мероприятий по охране окружающей среды и обеспечению устойчивости сооружений. Поэтому одной из основных проблем, связанных со строительством и реконструкцией зданий и сооружений в районах с глубоким сезонным промерзанием, оказывается проблема научно обоснованного исследования-инжёнерно-геокрилогических условий, дающих основу для прогнозирования деформаций морозного пучения и оттаивания промерзающего основания.

Целью настоящейработыявляется решение научно-технической проблемы, заключающейся в разработке расчетно-теоретического аппарата с использованием нелинейной механики мерзлых грунтов, позволяющего прогнозировать негативные воздействия сил морозного пучения грунта с учетом многофакторности процесса ^ мероприя-

УЛОЯ*

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

тия, снижающие или исключающие проявления морозного пучения и оттаивания грунтов, гарантирующие надежность проектируемых зданий и транспортных сооружений, обеспечивая безопасность их эксплуатации.

Для реализации этой цели были проанализированы такие малоучтен-ные ранее особенности процессов промерзания и оттаивания, как физическая нелинейность, запаздывание распространения температур, особенно в водонасыщенных грунтах (эффект тепловой завесы), с одной стороны, и увеличение деформаций морозного пучения во времени за счет миграции влаги к фронту промерзания и увеличения объема промерзающего грунта, в том числе с учетом развития морозобойных трещин, с другой стороны.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи,;

1. Разработать методы расчета проектируемых и реконструируемых сооружений в условиях сезонного промерзания-оттаивания морозоопасных пучинистых грунтов с учетом фазовых превращений воды в интервале отрицательных температур для нестационарного теплового режима в трехмерном пространстве с учетом миграции влаги от уровня подземных вод к фронту промерзания грунта;

2. Создать методологию расчета оснований для анализа напряженно-деформированного состояния массива грунта, являющегося средой сооружений, испытывающей процессы морозного пучения и оттаивания, как на стадии реконструкции сооружений, так и на стадии проектирования и производства работ, что позволит проектировщику обосновывать выбор конструктивных решений и способов выполнения работ по регулированию этого негативного процесса;

3. Разработать методы, позволяющие прогнозировать глубину промерзания грунтов, величину деформаций морозного пучения, оттаивания основания сооружений и проектировать адекватные конструктивные мероприятия с учетом этих негативных явлений.

Применение предлагаемых методов расчета и исследования позволит разрабатывать мероприятий, уменьшающие значения неравномерности деформаций сооружений до допустимых значений, и соответственно снижающие материалоёмкость проектируемых конструкций и их трудозатраты. При этом могут быть сокращены сроки строительства и уменьшены стоимость и периодичность производства работ по капитальному ремонту.

Разработка и внедрение программного обеспечения проводились с целью совершенствования предлагаемых методов расчёта и доведения их до реальной проектной практики в наиболее наглядном и доступном виде.

Разработанный метод расчёта применяется для геотехнического обоснования проектирования и усиления сезонно промерзающих оснований как при новом строительстве, так и при реконструкции.

На защиту выносятся:

- метод численного решения теплофизических задач с использованием уравнения теплопроводности с учетом фазовых превращений в интервале отрицательных температур для нестационарного теплового режима применительно к трехмерному грунтовому пространству;

- результаты численного моделирования процесса морозного пучения с учетом миграции влаги к фронту промерзания при изменяющемся во времени положении уровня подземных вод;

- полученные закономерности распределения температурных и влаж-ностных полей, развития деформаций морозного пучения и оттаивания грунтов при промерзании и оттаивании;

- результаты решения физически нелинейных пространственных задач механики мерзлых грунтов.

Научная новизна заключается в следующем:

• Разработана методика расчета температурных полей, позволяющая учитывать вклад в общий баланс теплопотоков за счет миграции влаги, оценка объема которой выполняется на основании ранее известных экспериментальных данных;

• Разработан метод расчета осадок при оттаивании грунтов с использованием данных стандартных лабораторных определений и по физическим показателям промороженного грунта для количественной оценки деформаций оснований и сооружений;

• Разработан метод расчета напряженно-деформированного состояния промерзающих-оттаивающих оснований, позволяющий обосновывать выбор технологии производства работ нулевого цикла при строительстве и реконструкции сооружений;

• Разработана методика многовариантного совместного геотехнического расчета системы «сооружение-промерзающее пучинистое основание», позволяющая прогнозировать глубину промерзания и оттаивания грунтов, величину деформаций морозного пучения и оттаивания сооружений и проектировать адекватные конструктивные мероприятия с учетом этих негативных явлений.

Достоверность научных результатов подтверждается высоким уровнем метрологического обеспечения лабораторных и полевых исследований, выполненных на различных типах грунтов с применением современных методик и приборов; многолетние инструментальные наблюдения на опытных площадках; статистическая обработка результатов исследований; с достаточной для практики сходимостью численных (тестовых) расчетов с имеющимися данными экспериментальных исследований и данными многолетних наблюдений автора, проведенных на Тындинской мерзлотной станции, лабораторией «Основания и фундаменты» Дальневосточного государственно -

го университета путей сообщения, лабораторией кафедры «Основания и фундаменты» Архангельского государственного технического университета. Полученные расчетным путем данные имеют расхождения 5-15% с результатами натурных наблюдений.

Практическая значимость результатов исследований. Разработано и внедрено программное обеспечение, реализующее предложенную методику как для новых, а также реконструируемых сооружений. Результаты расчётов по предлагаемому методу нашли своё применение при проектировании и реконструкции целого ряда сооружений, таких как насыпи и выемки железных дорог, опоры контактной сети, жилые дома, промышленные здания и т.п., расположенные в Восточном полигоне сети МПС и в Северо-западном регионе России. Анализ практических решений по строительству и реконструкции сооружений в условиях Восточного полигона сети МПС с использованием численного моделирования позволил выявить и оценить, в том числе ' и многие факторы, ранее не отражаемые аналитическими методами расчета.

В диссертации приводятся примеры решения практических задач и анализируются эффекты, проявляемые при использовании разработанной модели; дается сравнение с проведенными автором и известными из научно-технической литературы аналитическими и численными решениями с использованием различных моделей грунта, с результатами лабораторных и полевых опытов.

Использование разработанной автором математической модели и метода конечно-элементного расчета процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания грунта в годичном цикле в пространственной постановке обобщает современные достижения в области исследования промерзающих-оттаивающих грунтов; позволяет существенно сократить объем и стоимость полевых работ и лабораторных исследований грунтов при проведении изысканий, повышает надежность технико-экономической оценки проектов нового строительства и реконструкции сооружений на Восточном полигоне сети МПС.

Численное моделирование сооружений позволяет контролировать по этапам процессы изменения температурно-влажностных полей и деформаций и эффективно использовать современные геоматериалы и геотехнологии для снижения или исключения негативных явлений, действующих на фундаменты и грунты основания зданий и сооружений в условиях их сезонного промерзания-оттаивания.

Значительный эффект дала реализация технических решений по реконструкции фундаментов зданий и сооружений с использованием теплоизоляционных материалов в сложных' климатических условиях. Это позволило уменьшить глубину промерзания грунта у фундаментов зданий и сооружений и, соответственно, снизить деформации морозного пучения. Практичес-

кая реализация реконструкционных проектов по утеплению грунтов экстру-зионным пенополистиролом на объектах Восточного полигона сети МПС и Северо-Западного региона России дала существенный экономический эффект.

Личный вклад автора. Работа обобщает материалы многолетних методологических, теоретических, полевых, лабораторных исследований, выполненных автором по изучению морозоопасных пучинистых грунтов в условиях глубокого сезонного промерзания в рамках фундаментальных, госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских и исследовательско-про-ектных работ по заказу Министерства путей сообщения и других организаций на кафедрах «Железнодорожный путь, основания и фундаменты» ДВГУПС и «Основания и фундаменты» ПГУПС, «Геотехники» СПГАСУ, ЗАО «НПО «Геореконструкция-Фундаментпроект» с 1979 г. по 2004 г. Все теоретические исследования, включая постановку и обоснование цели и задач работы, обоснование методик исследований, интерпретацию и обобщение полученных результатов, большинство лабораторных и полевых экспериментов, выполнены автором лично. Часть экспериментов выполнена совместно с сотрудниками Тындинской мерзлотной станции. Личное участие автора подтверждается большим числом публикаций по теме диссертации, более трети из которых написаны без соавторов, а также результатами апробации на конференциях и симпозиумах.

Основополагающие результаты исследований включены в учебный процесс по подготовке инженеров-строителей в Санкт-Петербургском и Дальневосточном государственных университетах путей сообщения. В рабочую программу курса «Основания и фундаменты» вошёл раздел «Проектирование оснований и фундаментов зданий на пучиноопасных грунтах», который отражен в главе учебника для студентов транспортных ВУЗов «Основания и фундаменты зданий и транспортных сооружений», подготовленного к изданию в 2005 г.

Реализация работы. Лабораторные и натурные исследования и расчеты процессов промерзания, морозного пучения и оттаивания позволили разработать конструкции утепления фундаментов, исключающие деформации морозного пучения и оттаивания при строительстве, реконструкции и эксплуатации наземных конструкций зданий и сооружений: в Хабаровском крае; при строительстве малоэтажных зданий в г. Хабаровске; при строительстве пивоваренного завода в г. Великий Новгород; здания Кронштадской администрации г. Санкт-Петербурга; фундамента ограды Ботанического сада в Санкт-Петербурге; реконструкции здания холодильника по ул. Невельской в г. Санкт-Петербурге и др.

Метод расчета оснований зданий и сооружений в условиях промерзания морозоопасных пучинистых грунтов с разработкой мероприятий, исключающих негативное воздействие сил морозного пучения и оттаивания, вне-

дрен на Забайкальской и Дальневосточной железных дорогах. Экономический эффект от внедрения результатов по снижению и устранению сил морозного пучения на сооружениях Дальневосточной железной дороги составил более 2.9 млн. рублей.

Материалы исследований нашли отражение в учебном пособии, рекомендованным Дальневосточным региональным учебном центром для студентов строительных специальностей.

Апробация работы. Результаты исследований автора, являющегося членом Российского общества по механике грунтов, геотехнике и фундаментос-троению (РОМГГиФ), более 50 раз докладывались на региональных, Российских и международных конференциях, часть из которых: «Механизированная безотходная технология возведения свайных фундаментов из свай заводской готовности» (Владивосток, 1986, 1991), «Ускорение научно-технического прогресса в фундаментостроении» (Уфа, 1987), «11-я Балтийская международная конференция по механике грунтов и фундаментостроению» (Таллин, 1988), «Обеспечение эксплутационной надежности земляного полотна железных дорог» (Санкт-Петербург, 1991), «Geocryological problems of construction in Eastern Russia and Northern China» (Чита, 1998), «2nd Canadian Specialty Conference on Computer Applications in Geotechnique» (Winnipeg, Canada, 2002), «Proceedings of the international coastal geotechnical engineering in practice» (Atyray, Kazakhstan, 2002),ч<Применение геоматериалов при строительстве и реконструкции транспортных объектов» (Санкт-Петербург, 2002), «Permafrost engineering. Proceeding of the fifth International symposium on permafrost engineering» (Yakutsk, 2002), «Криосфера земли как среда жизнеобеспечения» (Пущино, 2003), «Reconstruction of historical cities and geotechnical engineering» (Санкт-Петербург, 2003), «Каспийская Международная конференции по геоэкологии и геотехнике» (Баку. Азербайджан, 2003), «8th International Conference on Permafrost» (Zurich, Switzerland, 2003), «Extreme Hydrological Events: Theory, Modelling and Forecast» (Moscow, 2003), «9th International Conference on Numerical Methods in Continuum Mechanics» (Tiilina, Slovak Republic, 2003), «Криосфера нефтегазоносных провинций» (Тюмень, 2004), «Международная конференция по проблемам механики грунтов, фундаментостроению и транспортному строительству» (Пермь, 2004), «Международная геотехническая конференция» (Алматы, Казахстан, 2004), «The 6th International Symposium on Permafrost Engineering» (Lanzhou, P. R. China," 2004).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 116 работ, в том числе учебное пособие (Хабаровск, 1999) и монография (Санкт-Петербург-Москва, 2004). Список 43 основных публикаций приведен в автореферате.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных вы-

водов и приложения. Она имеет объем 344 страницы печатного текста, 142 рисунков, 25 таблиц. Список литературы включает 332 наименования, в том числе 48 на иностранном языке.

Автор выражает благодарность за ценные советы, критические замечания, и всестороннюю поддержку своему научному консультанту доктору технических наук, профессору, лауреату Государственной премии Российской Федерации В. М. Улицкому в период написания диссертации. Автор искренне благодарит докторов технических наук, профессоров: СИ. Алексеева, Н.Н. Морарескула, В.Н. Парамонова, И.И. Сахарова, А. Б. Фадеева; кандидатов технических наук: Х.З. Бакенова, И.М. Тюрина и А.Г.Шашкина за внимание, проявленное к настоящей работе, ценные советы и замечания в период проведения исследований и написания диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Анализ основных направлений исследования процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания грунтов

Изучение процесса «промерзания - морозного пучения - оттаивания» тесно переплетается с изучением целого ряда смежных вопросов механики мерзлых грунтов, прямо или косвенно относящихся к теплопроводности грунтов с учетом фазовых переходов в интервале отрицательных температур для нестационарного теплового режима, силам морозного пучения и деформированию грунтов при оттаивании.

Существующие теории процесса промерзания грунтов основания сооружений. Одним из основных распространенных методов при изучении грунтов в районах глубокого сезонного промерзания является теплофизический метод. Основоположник российского мерзлотоведения М. И. Сумгин считал себя представителем теплофизического направления в мерзлотоведении. Большой вклад в разработку методов теплофизических исследований сезонного и многолетнего промерзания грунтов, установления взаимосвязей между тепловыми и криогенными процессами, получения приближенных решений задачи Стефана, использования достижений геотеплофизики для решения прикладных вопросов в различных отраслях народного хозяйства внесен мерзлотоведами старшего поколения. В первую очередь необходимо отметить заслуги В.П.Бакакина, В.Т.Балобаева, А.М.Глобус, М.Н.Гольдштей-на, Б.И.Далматова, В.В.Докучаева, И.А.Золотарь, М.Ф.Киселева, М.М.Крылова, В.А.Кудрявцева, В.С.Лукьянова, А.В.Лыкова, П.И. Мельникова, В.О.Орлова, В.А.Павлова, В.П.Пономарева, Г.В.Порхаева, Н.И.Салтыкова, М.И.Сумгина, Н.А.Цытовича, Г.М.Фельдмана, ЮЛ.Шур; Л.Н.Хруста-лева, С.В.Шимановского и др.

Весьма актуальные для мерзлотоведения вопросы теплофизики, такие

как совместный прогноз процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания и др., в настоящее время далеко не решены.

Совокупное влияние ряда внешних и внутренних условий: внешних температур; состояния поверхности грунта; характеристики грунтов по глубине; переменной влажности по глубине и прочее - создает крайне сложные зависимости величины глубины промерзания и распределения температур в толще естественного грунта.

При различных упрощающих предположениях расчетные формулы по определению глубин промерзания и протаивания получили I.Stefan, М.М. Крылов, Н.И.Салтыков, Х.Р.Хакимов, Б.И.Далматов, В.А.Кудрявцев, В.Т. Меламед, В.П.Мельников, Э.Д.Ершов, Р,В.Чжан, H.P.Aldrich, Н.М. Paynter и др. Различие этих формул заключается в выборе краевых условий, в способе учета теплоемкости грунта и поступления тепла к границе фазовых переходов из подстилающей толщи талого (при расчете глубин промерзания) или мерзлого грунта (при расчете глубин протаивания).

Существует большое количество методов расчетов промерзания-оттаивания грунтов (как аналитических, так и численных), и сейчас здесь серьезных проблем нет. Следует признать, что достаточно точные методы в этой области пока не разработаны. Предложенные математические модели и методы расчета напряженно-деформированного и термовлажностного состояний при внешнем воздействии и годовом цикле изменения температуры среды не учитывают при определении температурных полей миграцию влаги к фронту промерзания.

Анализ существующих теорий процесса промерзания и миграции грунтовой влаги. Механизм связывания воды минеральной частью мерзлых грунтов и физические свойства связанной воды еще недостаточно выяснены, несмотря на большое количество работ, посвященных этому вопросу.

В 1952 г. Н.А. Цытович сформулировал общий принцип миграции: «Миграция воды в промерзающих влажных грунтах есть процесс переноса влаги, постоянно возникающий при всяком нарушении равновесного состояния фаз грунта в результате влияния градиентов температуры, влажности, давления, поверхностной энергии частиц грунта и кристаллов льда, подвижности молекул в водных пленках и др.»

В настоящее время накоплен обширный материал о миграции воды и обусловленных ею деформациях и силах пучения. Обобщенные результаты исследований по данному направлению приведены в отечественной и зарубежной литературе (Ершов Э.Д., Иванов Н.С., Орлов В.О., Порхаев Г.В., Пчелинцев А.М., Тютюнов И.А., Федоров В.И, Фельдман Г.М., Чеверев В.Г., Corte A.E., Xu X. и др.). Существует много теорий процесса миграции влаги при промерзании грунтов, в разработку которых значительный вклад внесли русские ученые: Ершов Э.Д., Нерсесова З.А., Орлов В.О., Тютюнов И. А.,

Чистотинов Л.В., Цытович Н.А., Фельдман Г.М., Чеверев В.Г. и др.

Силы миграции только тогда вызывают движение влаги в промерзающих грунтах, когда нарушается равновесие фаз и создаются условия возникновения различных градиентов: влажности, температуры, адсорбционно-пленочных, осмотических, кристаллизационныхдавлений, потенциалов энергии частиц грунта и льда и др..

Ввиду сложности процесса миграции и влияния на нее множества внешних факторов (градиентов давления, температуры, влагосодержания) и физических свойств грунтов (дисперсности, пористости, плотности, минерального состава и т.д.) физика этого явления недостаточно раскрыта.

Существующие теории процесса морозного пучения грунтов

Исследование процесса морозного пучения при замерзании и связанных с ним явлений впервые было начато в конце XIX и продолжено в течение XX столетия русскими инженерами и учеными С. Г. Воиславом, Н.С.Богдановым, С.С.Вяловым, Л.Б.Ганелесом, М.Н.Гольдштейн, С.Е.Гречищевым, В.И.Грицыком, О.Р.Голли, Б.И.Далматовым, Б.Н.Достоваловым, В.В.Докучаевым, М.М.Дубина, П.И.Дыдышко, Э.Д.Ершовым, В.Ф.Жуковым, Ю.К.Зарецким, И.А.Золотарь, В.Д.Карловым, М.Ф.Киселевым, Я.А.Крони-ком, В.А.Кудрявцевым, А.МЛарионовым, В.Я.Лапшиным, А.ВЛиверовс-ким, М.А.Минкиным, Н.Н.Морарескул, А.Л. Невзоровым, В.В.Пассек,

A.В.Паталеевым, В.И.Пусковым, А.М.Пчелинцевым, Л.Т.Роман, Ю.Р.Ор-жеховским, В.О.Орловым, B.C. Сажиным, И.И.Сахаровым, В. Свиньиным, М.И.Сумгиным, В.П.Титовым, Г.М.Шахунянц, Н.А.Перетрухиным,

B.М.Улицким, С.Б.Уховым, В.И.Федоровым, Г.М.Фельдман, Л.Н.Хруста-левым, А.А.Цернант, Н.А.Цытович, Л.В. Чистотиновым, В.Б. Швец, П.Ф.Швецовым, В.И. Штукенбергом и другими исследователями.

Расчет сооружений при использовании сезоннопромерзающих грунтов должен производится с учетом всех природно-климатических и внешних условий на изменение физико-механических свойств грунтов. Этим требованиям в полной мере отвечает основной принцип российского фундаментост-роения -расчет по предельным состояниям. Однако проектирование фундаментов на сезоннопромерзающих грунтах необходимо выполнять с учетом совместной работы здания или сооружения и грунтов основания, находящихся последовательно в двух состояниях: промерзающем и оттаивающем.

Из зарубежных ученых процесс морозного пучения исследовали O.Andersland, G. Beskow, F.Crory, D.Esch, L.Gold., A.Foriero, I.Johnson, R.Reed, J.Konrad, S.Kinosita, S.Knutsson, K.Kujala, N.R. Morgenstem, R.D.Miller, B.Ladanyi,E. Penner, A.Phukan, M.Fucuda, T.Ueda, S.Saarelainen, W.Sun, Ch.Tong и другие. Обзор зарубежных работ по исследованию сил морозного пучения грунтов показывает, что ученые основываются преимущественно на данных натурных наблюдений, в результате которых получе-

ны графики нормальных и касательных сил, а также деформаций пучения в зависимости от температурного режима грунта и его свойств.

Особенности процесса оттаивания мерзлых грунтов.

При оттаивании мерзлых грунтов под нагрузкой в момент перехода из области отрицательных в область положительных температур часто наблюдается просадочность, т. е. резкое нарастание деформаций, приводящих к провальным осадкам. Как показывают исследования многих ученых (Б.И.Далматов, М.Ф.Киселев, Н.А.Цытович, Е.П.Шушерина и другие исследователи), просадка, как правило, больше величин пучения.

Многими отечественными и зарубежными исследователями установлены закономерности, позволяющие рассчитать осадки оттаивающих грунтов на основании показателей их простейших физических свойств. Формулы базируются на теоретических предпосылках и эмпирических коэффициентах. При этом большее их число учитывает только осадки при свободном оттаивании (без внешней нагрузки) [Бакулин Ф.Г., Вотяков Н.И., Гольдштейн М.Н., Давидочкин А.Н., Жуков В.Ф., Киселев М.Ф., Пчелинцев A.M., Роман Л.Т., Ушкалов В.П., Федосов А.Е., Сгогу F.S., Speer T.L., Watson G.N., Rowley R.K., Keil L.D., Nielsen N.M., Gupta R.C., и другие]. Все расчетные формулы для определения осадок оттаивающих грунтов по характеристикам физических свойств являются приближенными. Наиболее существенно определяют осадки мерзлых грунтов при оттаивании показатели плотности (плотности мерзлого грунта, скелета грунта и частиц грунта), затем показателями влажности (суммарная влажность мерзлого грунта, льдистость, влажность за счет незамерзшей воды). С увеличением плотности осадки при оттаивании уменьшаются, а с увеличением влажности и льдистости - увеличиваются. Влияние дисперсности учитывается введением в некоторые формулы показателя влажности на пределе пластичности, числа пластичности.

Современные методы расчета промерзающих-оттаивающих оснований.

В последние годы теплофизические расчеты процессов промерзания и оттаивания грунтов оснований стали выполняться численными методами. Существуют универсальные программы, реализующие широкий круг теплотехнических задач методом конечных элементов - определение температурных полей и градиентов, тепловых потоков в строительных конструкциях (COSMOS/M, ADINAT, AN S YS, NASTRAN, LS-DYNA, STAR-CD и др.) Эти пакеты программ ориентированы на расчет трехмерных твердых тел. Они позволяют рассчитывать стационарное состояние и переходные процессы в линейной и нелинейной постановке с моделированием следующих краевых и начальных условий: температура, тепловой поток, теплообмен путем конвекции и радиационного излучения с объемным тепловыделением. При решении теплофизических грунтовых задач с помощью вышеперечисленных программ исследователи вводят в расчеты ряд искусственных приемов, ко-

торые искажают истинный характер распределения температурных полей.

В России: МГУ, Институтом мерзлотоведения им. академика П.И. Мельникова СО РАН,- Московским ФГУП «ПИИ Фундаментпроект». ЦНИИС корпорации «Трансстрой», СибЦНИИСе, МГУПСе, ТГАСУ, Тын-динской мерзлотной станцией и др. разработаны программы по прогнозу температурного режима сезоннопромерзающих и вечномерзлых грунтов численными методами путем решением уравнения нестационарной теплопроводности с фазовыми переходами грунтовой влаги в трехмерной постановке. Однако в основном эти методики не учитывают миграцию влаги в грунтах.

Наиболее известным за рубежом в геотехнических исследованиях распределения плоских и осесимметричных температурных полей является канадский программный модуль TEMP/W программного комплекса GEO-SLOPE. Этот модуль позволяет учитывать теплопроводность, теплоемкость, содержание незамерзшей воды, теплоту фазовых переходов, а также изменение граничных условий. При определении температурных полей не учитывается миграция воды к фронту промерзания.

Современные методы расчета промороженных и оттаивающих оснований направлены, в основном, на решение теплофизических и влагопро-водных задач и не рассматривают совместную оценку напряженно-дефор-мирован-ного состояния грунта под сооружением и окружающего массива от сил морозного пучения и оттаивания.

Из анализа теорий видно, что, несмотря на большой объем работ по морозному пучению и сопровождающим его явлениям, до сих пор не было ни одной работы, специально посвященной исследованию полного процесса «промерзания, морозного пучения и оттаивания» в едином годовом цикле в пространственной постановке.

Глава 2. Анализ деформаций от воздействия морозного пучения грунта и

оттаивания

Проведенный статистический анализ деформаций около четырехсот объектов, расположенных на территории Дальневосточного региона Восточного полигона сети МПС показал, что основными причинами появления деформаций сооружений являлось снижение несущей способности оснований за счет действия природных факторов (морозное пучение, оттаивание и замачивание), которые, несомненно, должны быть учтены на различных стадиях строительства объектов: изысканиях, проектировании, особенно, в процессе строительства и в период эксплуатации. Подробный анализ деформаций зданий и сооружений по причинам морозного пучения грунтов свидетельствует о том, что деформациям подвергаются в подавляющем большинстве (91%) гражданские здания с кирпичными стенами на ленточных фунда-

ментах (78-80%), что объясняется большим объемом нарушенных грунтов оснований и большой протяженностью фундаментов. В связи с этим промерзание грунтов и их оттаивание происходит неравномерно. Деформации фундаментов, их подъем и опускание в различных частях здания происходят разновременно, причем деформации различны по величине. В меньшей степени подвергаются морозному пучению сооружения на столбчатых (11-16%) и свайных (4-8%) фундаментах. Этот факт можно объяснить лучшей анкеру-ющей способностью указанных типов фундаментов при действии на них выдергивающих сил пучения.

Анализ деформаций зданий от сил морозного пучения и оттаивания на крупнообломочных грунтах устанавливает, что при проектировании фундаментов необходимо учитывать положение уровня подземной воды и предусматривать дополнительные меры по обеспечению устойчивости малозаглуб-ленных фундаментов. При определенных гидрогеологических условиях, крупнообломочные грунты с песчано-гравийным заполнителем могут быть пу-чинистыми в водонасыщенном состоянии, причем могут развивать как касательные силы пучения (при смерзании с гранями фундаментов), так и нормальные (с образованием ледяных прослоек в грунте) под подошвой фундаментов. Указанные причины могут быть причиной недопустимых деформаций фундаментов и надземных конструкций из-за периодического «расшатывания» (пучение - оттаивание) фундаментов и стен, несовместимых с проживанием в них людей.

Установлено, что наибольшее распространение среди деформаций земляного полотна железных дорог Восточного полигона сети МПС имеют пучины, осадки при оттаивании и балластные углубления. Их доля от всех деформаций составляет 73%. Все эти деформации связаны с разрушением грунтов верхней части земляного полотна в период промерзания и оттаивания.

Прогноз реальной опасности на основе многовариантного совместного геотехнического расчета основания, фундаментов и надземного каркаса позволяет сохранить объект при минимальных затратах на его усиление. Это предотвратит практику разборки деформированных объектов и даст оптимальные пути их восстановления с минимальными затратами сил и средств.

Практика показывает, что промышленные холодильники часто приходят в аварийное состояние из-за искусственного промораживания грунтов основания. Ремонтные работы требуют больших затрат, а в ряде случаев невозможны без полной реконструкции здания. Длительное охлаждение грунтов основания, даже под значительным слоем теплоизоляции, приводит их к промерзанию, а при наличии пучиноопасных грунтов - к деформации сооружения. Геотехнический анализ причин деформаций и установления температурного и влажностных полей позволяет оптимизировать конструктивные мероприятия дня последующей безаварийной 'эксплуатации зданий \о-

ЛОДИЛЬНИКОВ.

Отсутствие комплексного подхода в оценке геотехнической ситуации земляного полотна, состояний конструкций пути, состояния водоотводящих систем, опор контактной сети в условиях сезонного промерзания резко снижает условия безопасности движения транспорта и соответственно эффективность проводимых мероприятий при реконструкции.

В качестве современных и наиболее прогрессивных путей решения поставленных задач представляется разработка и внедрение в практику проектирования и строительства комплексной системы моделирования процессов промерзания, пучения и последующего оттаивания грунтов. Это позволит моделировать самые сложные ситуации, возникающие при ведении работ и последующей эксплуатации широкого круга зданий и сооружений любого назначения, включая линейные конструкции железнодорожных путей, как наиболее уязвимые в условиях глубокого промерзания. Для малонагруженных зданий наиболее приемлемым является совместный расчет системы «основание, фундамент, надземная конструкция». Высокая информативность позволит оптимизировать ремонтные и реконструкционные мероприятия, локализуя опасные места и участки, резко снижая затраты на эти виды работ.

Глава 3. Методологическое обоснование численного моделирования процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания грунтов

Исходя из анализа существующих моделей промерзающих и оттаивающих грунтов была разработана математическая модель «Termogшund» численного моделирования процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания в годичном цикле МКЭ в пространственной постановке, входящая как составная часть программного комплекса «FEM-models» [Улицкий В.М., Парамонов В.Н., Шашкин К.Г. и др.]. Эта сложная задача геотехники решается в два этапа. Сначала решается теплотехническая задача, в результате которой определяются температурные и влажностные поля на каждый период времени. Вторым этапом решается задача определения НДС грунтов основания в процессе промерзания и оттаивания.

Процессы промерзания-оттаивания в программном модуле «Termoground» описываются уравнением теплопроводности с учетом фазовых превращений грунтовой воды в интервале отрицательных температур для нестационарного теплового режима в трехмерном грунтовом пространстве следующим уравнением:

где С/к - удельная теплоемкость талого или мерзлого грунта (ДжУкГ-"С); - плотность сухого грунта - температура

Ь0 - удельная теплота фазовых превращений «вода - лед» в расчете на единицу массы (Дж/кг); X лт - теплопроводность талого или мерзлого грунта (Вт/м-°С); х, у, г - координаты (м); - мощность внутренних источников тепла (Вт/м3); влажность незамерзшей воды в грунте.

Начальным условием для уравнения (3.1) является заданное значение поля температуры в исследуемой области Т (х, у, г) грунта в момент времени 1 = ^ (рис.3.1).

Рис. 3.1. Граничные условия задачи теплопроводности

Граничные условия могут быть четырех видов: 1. Если известна температура грунта на поверхности Б, то

т=т0(яо

2.

Если внутри области Бд задан тепловой поток, то

1 ,зт,

о,

(3.2)

(3.3)

где п - вектор направления внешней нормали к поверхности, - плотность теплового потока, который считают положительным, если грунт теряет теплоту, Вт/м2. Физическими примерами источников теплопотока являются проложенные в грунте трубы теплоснабжения, водяного пара или кабели энергоснабжения или связи. В каждом из этих случаев площадь поперечного сечения трубы или кабеля мала по сравнению с размерами окружающего грунта.

3. Если на поверхности грунта происходит конвективный теплообмен, то

^+аСГ_т.) = 0 (3.4)

- коэффициент теплоотдачи, - температура окружающей

атмосферы, К.

4. Если на границах рассматриваемой области задан тепловой поток, то

<1

(3.5)

Система конечно-элементных уравнений задачи теплопроводности про-

мерзающих соор\ленип может быть получена минимизацией соответствующего функционала на множестве функций, удовлетворяющих граничным условиям задачи С вариационной точки зрения решение уравнения (3 1) с указанными граничными условиями 1, 2, 3 и 4 рода эквивалентно нахождению минимума функционала

дх) +[ау

_2(4, ^Ч,Т(С!+ Н}"1^)"5 (3 6),

что приводит к системе обыкновенных дифференциальных уравнений, записываемых в матричной форме следующим образом:

(3 7)

где [СГ1Ь] -матрица теплоемкости грунта в мерзлом и талом сосотоянии, Т -вектор узловых температур, I - время; - матрица теплопроводности

грунта в мерзлом и талом состоянии; - вектор правых частей

разрешающей системы уравнений

Неизвестная функция температуры Т аппроксимируется на момент времени I в элементах и во всей рассматриваемой области функциями формы N (х, у, г):

т = 2:{кх,у,г)}:{т(1)},=м}т} 0 8)

Матрица теплоемкости системы элементов имеет вид

Ь/ *]=Е \С,Л=I , (3-9)

Матрица теплопроводности системы элементов имеет вид.

- матрица теплоемкости конечного элемента; - матрица тепло-

проводности конечного элемента, [Ы] - матрица функций формы конечного элемента, - матрица производных функций формы конечного элемента по координатам; Ба- площадь поверхности, по которой осуществляется теплообмен; - коэффициент теплоотдачи поверхности.

Для исследования теплотехнических задач в программе «Termogшund» в основу математической модели теплофизических процессов принята нелинейная модель промерзающего, мерзлого и оттаивающего грунта, предложенная Н А Цытовичем и Я А Кроником. Это модель позволяет определять температуру грунтов основания в процессе изменения граничных условий четырех видов Модель промерзающих грунтов была усовершенствована за счет учета изменения влажности на границе промерзания путем добавления к суммарной предзимней влажности, находящейся на данный период в грун-

17 ,

те, миграционной влажности в любой области промерзающего грунта в зависимости от величины интенсивности миграционного потока влаги к фронту промерзания и от скорости промерзания экспериментально исследованных Г.М.Фельдманом.

Количество включений льда и влажность за счет незамерзшей воды в объеме пор мерзлого грунта определяются согласно выражению

где - 1 - содержание льда в единице объема грунта; - предзимняя влажность грунта; - влажность на границе раскатывания; К - коэффициент р *

содержания незамерзшей воды в глинистых грунтах описывается аппроксимирующей функцией в зависимости от отрицательной температуры с.

Тренд изменения отметки уровня подземных вод (УПВ) во времени выражается следующим соотношением

где: В - отметка уровня подземных вод в предзимний период времени; А - коэффициент, учитывающий изменение уровня подземных вод в течение года; - время.

Распределение влажности в процессе промерзания определяется двумя путями:

1. В условиях глубокого залегания подземных вод, когда сезоннопро-мерзающие грунты увлажняются преимущественно за счет предзимних атмосферных осадков количество включений льда и влажность за счет незамерзшей воды в объеме пор мерзлого грунта определяются согласно выражениям (3.11 и 3.12);

2. В условиях высокого залегания подземных вод интенсивно происходит процесс миграции влаги к фронту промерзания. Таким образом, к предзимней влажности, находящейся на данный период в грунтах основания, добавляется миграционная влажность в любой области промерзающего грунта в зависимости от скорости промерзания

Для определения положения границ фронта промерзания грунта вычисляется координаты геометрического центра четырехузлового объемного конечного элемента

Если 2С выше уровня подземных вод (УПВ) и расстояние между центром элемента и УПВ<с!ж м, то вычисляется скорость промерзания грунта по следующей формуле

1 =

(З 11) (3.12)

(3.13)

г .1.2,

(3.14)

(3.15)

где Т, и Тм - соответственно, температура элемента на текущий и предыдущий моменты времени.

Доля миграционного потока, которая увеличивает влажность на границе промерзания, определяется по выражению, предложенному И.А. Золотарем

си (3.16)

- приращение влажности.

Зависимости приращения влажности от скорости промерзания

на границе фронта промерзания для песчаных, глинистых и суглинистых определяются согласно данным Л.В. Чистотинова

(3.17)

где: Ь, с - эмпирические коэффициенты; 0 < £ с1ж - расстояние от отметки УПВ до фронта промерзания в расчетный период промерзания; <1, - минимальное расстояние между максимальной глубиной промерзания и максимальным положением УПВ, при котором подземные воды не оказывают влияния на увлажнение, зависящее от типа грунта и расстояния от отметки УПВ до фронта промерзания в расчетный период.

• Суммарная влажность в промерзающем грунте определяется из выражения

¿^х^+ди^ (3.18)

Таким образом, полученное в результате решения теплофизической задачи распределение температурных и влажностных полей является основой для определения НДС оснований в процессе промерзания и оттаивания.

Относительные вертикальные деформации морозного пучения, перпендикулярные фронту промерзания грунта от действия сил морозного пучения определяются выражением

еп.± =0.09^-;^)^+1.09 }ЯшГ<П+Ес Р« о

(3.19)

Первая часть формулы отражает относительную деформацию за счет увеличения объема грунта при замерзании предзимней воды, первоначально находящейся в порах грунта. Вторая часть формулы показывает величину относительной деформации за счет увеличения его объема при замерзании воды, мигрирующей в промерзающую толщу грунтов. Третья часть формулы показывает величину относительных деформаций за счет образования морозобойных трещин в основании при промерзании.

На основании анализа полученных в работе [Конюшенко А.Г. и др., 1977] результатов зависимость относительных деформаций за счет образования морозобойных трещин от влажности при промерзании для глинистых грунтов аппроксимируется следующим выражением:

. , _ - 0.00197251 б + 0.0081876987 - \у гсг1_ }_ 7.732496 -\у + И.969634 • V,'2 (3.20)

Вектор правых частей разрешающих уравнений процесса морозного пучения для ¡-го конечного элемента вычисляется следующим образом

Fr.-iFMFr.dd} <3-21>

где: - вектор узловых сил от внешних нагрузок; - вектор сил морозного пучения элемента.

(3.22)

где [д]- матрица производных функций формы элемента; [д]-матрица упругих свойств элемента; V — объем элемента.

Приращение относительных деформаций морозного пучения определяются из выражения:

(3.23)

(3.24)

коэффициент анизотропии морозного пучения; - направляющие'

косинусы к ориентированному направлению S температурного градиента.

Относительные деформации оттаивания водонасыщенных мерзлых грунтов определяются:

1.По результатам лабораторных исследований согласно ГОСТ 19706-74,

1974.

В этом случае относительные деформации оттаивающих грунтов определяются выражения

где Д,, - относительная деформация тепловой осадки оттаивания; 5„/( - относительная деформация грузовой осадки оттаивания.

(3.26)

5„к = тОЙ1 -р,.

/иой - коэффициент сжимаемости оттаивающего грунта (МПа'1), р, - уплотняющее вертикальное давление (МПа).

2. По зависимости предложенной М.Ф. Киселевым по физическим показателям промороженного грунта из следующего выражения:

АУ -\Ур-К„-1,,

V /V 4-Ш I И ' • "к*

(3.27)

где: 1р- число пластичности; 7ж-удельный вес воды; уг - удельный вес частиц грунта; - коэффициент уплотняемости, зависящий от дисперсности глинистого грунта и уплотняющего давления при оттаивании по следующему уравнению

^—и-Лр -Г«, (3.28)

где: - эмпирические коэффициенты, зависящие от уплотняющего дав-

ления.

По физическому смыслу формула (3.27) представляет собой отношение объема оттаявшего под давлением грунта к его начальному объему в мерзлом состоянии.

Таким образом, для определения относительной деформации оттаивания необходимо знать влажность, накопленную грунтом в процессе промерзания, а остальные физические показатели являются входными параметрами при решении задачи промерзания-оттаивания методом конечных элементов.

Вектор правых частей разрешающих уравнений процесса оттаивания для ¡-того конечного элемента вычисляется следующим образом

^ ={*■}+К „Л (3-29)

где: {г^, „у} - вектор сил оттаивания элемента.

(3.30)

V

Приращение относительных деформаций оттаивания промороженных грунтов определяется из выражения

е, . — ,

Г*у 0

0

0

(3.31)

у - коэффициент Пуассона.

Глава 4. Расчеты процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания

В этой главе приведены результаты опубликованных в научной печати аналитических, численных решений, натурных исследований процесса промерзания и оттаивания в сравнении с численными решениями по предлагаемой модели. Цель данного исследования:

• Проверка адекватности разработанной и используемой в расчетах модели промерзающего и оттаивающего грунта;

• Демонстрация функциональных возможностей предлагаемой модели и специфической проблемы расчета сооружений на морозоопасных грунтах в условиях глубокого сезонного промерзания.

В большинстве своем ранее выполненные работы исследования процессов промерзания морозного пучения и оттаивания проводились аналитически в одномерных и двумерных условиях. Однако некоторые из этих результатов исследований позволили проверить адекватность частных случаев предлагаемой модели известным решениям. Тестовые задачи фактически подтвердили доверительность данных прогнозов, полученных при использовании предлагаемой модели. Было проведено две серии расчетов.

В первой серии расчетов выполнялось сравнение предлагаемого решения с частными решениями задач теплопроводности для одномерных и двумерных условий, известными из литературы.

Промерзание столбика грунта сверху, сверху и снизу (задача Стефана) проводилось в сравнении с точным аналитическим решением задачи данного класса о распределении температуры по глубине согласно решению А.ВЛыкова.

Большое значение в промерзании грунта имеет его влажность. Увлажнение грунта, с одной стороны, увеличивает его теплопроводность, т.е. как бы способствует большему проникновению отрицательных температур, а с другой - препятствует этому проникновению отрицательных температур вследствие выделения скрытой теплоты (нулевая завеса). Как только вся свободная вода замерзает, скорость промерзания резко увеличивается, и графики становятся подобны графикам, которые получаются при расчете без учета фазовых переходов. Следует отметить большой сдвиг по времени: если при нулевой влажности грунт полностью промерзает при температуре грунта на верхней и нижней границах поверхности Т5ш(.= -5°С (квазистационарное состояние) примерно через 1,5 года, то при наличии фазовых переходов -только на 6-й год. Такие же результаты были получены в ранее выполненных численных экспериментах Кроника Я.А., Демина И.И [1982] Погрешность численных расчетов в обеих случаях очень невелика и при уменьшении интервала температуры начала замерзания снижается, становясь сравнимой

величиной с необходимой точностью определения температур в грунте.

Анализ численного трехмерного процесса оттаивания столбика грунта проводился в сравнении с результатами аналитического решения задачи Стефана и плоского численного расчета процесса оттаивания, приведенного в описании теоретической части канадского программного комплекса TEMP/W в качестве тестовой задачи. Результаты полученных решений показали практически абсолютное совпадение.

Таким образом, численное моделирование теплофизических задач с фазовыми переходами воды в интервале отрицательных температур МКЭ в нелинейной постановке дает достаточно точные результаты и может применяться для решения практических задач определения температурных полей процесса промерзания.

Численное решение двумерной задачи протаивания вечномерзлого грунта во времени сравнивалась с конечноэлементным решением канадских специалистов [Hwang C.T. и др.] задачи о деградации вечномерзлого грунта под теплым зданием. Теория Hwang не учитывает функцию изменения количества незамерзшей воды для различных грунтов в интервале отрицательных температур, а оперирует показателем изменения мерзлой области (функция вертикального пошагового эквивалента незамерзшей воды) иначе, чем в программах TEMP/W и предлагаемой методике. Результаты всех трех методов определения глубины оттаивания вечномерзлого грунта под зданием показали практически абсолютное совпадение.

Распределение температуры грунтов основания вокруг заглубленной на 30 см трубы диаметром 30 см в после двух лет эксплуатации проводилось в сравнении с численными решениями по теории Coutts and Konrad; по теории TEMP/W и по предлагаемому решению. Учет теплоты фазового перехода воды в лед в интервале отрицательных температур является общим изменением содержания незамерзшей воды в грунте для всех трех конечноэле-ментных решений. Задача решалась на двухлетний период времени. В результате решения распределение фронта промерзания вокруг трубы во всех трех методах получилось практически идентичное.

Вторая сериярасчетов посвящена сравнению результатов лабораторных и натурных экспериментов, известных из литературы, с численными экспериментами. В экспериментах, как правило, отражается интегральная информация - усилия, перемещения - проблематично выявить внутреннюю картину напряженно-деформированного состояния грунта, численные же расчеты позволяют выявить комплексную оценку влияния всех факторов.

Сравнение численного по предлагаемой методике и лабораторного эксперимента, выполненного в Архангельском ГТУ по промерзанию, морозному пучению и оттаиванию образца грунта во времени показало следующее. Эпюра распределения влажности грунта в промерзшем образце в пери-

од промерзания увеличилась на 79 %. Влажность до опыта с приращением влажности в процессе промерзания вызвали деформацию морозного пучения до 3.5 мм. По результатам численного моделирования выполненного эксперимента величина морозного пучения промерзшего образца составила 4.2 мм, т. е. разница численного и лабораторного эксперимента составила 17%. При данных граничных условиях при оттаивании промороженного образца результаты опыта и численного эксперимента показали практически одинаковые результаты, т. е. распученный образец возвращается в свое первоначальное положение, которое было до начала процесса промерзания.

Исследование нормальных сил морозного пучения во времени проводилось по результатам методических экспериментов, впервые выполненных Н.Н. Морарескулом. Этим моделировалось влияние искусственно замороженного грунта на конструкции тоннелей метрополитенов. При первых признаках подъема Б^ 50.01....0.02 мм силы пучения залавливались ступенями нагрузок. Опыт прекращался, когда глубина промерзания достигала = 4см.

Результаты численного расчета процесса промерзания на конечный период приведены на рис.4.1.

0 2 4 6 8 Ю 12 14

Глубииа промерзания в см

Рис. 4 1. Графики изменения во времени глубины промерзания и численного моделирования по предлагаемой модели. 1 - опыт №21 Н.Н Морарескула;

2 - численный расчет образца грунта по предлагаемой модели

Графики изменения во времени глубины промерзания и влажности образца (опыт № 21 Н.Н Морарескула) и численные расчеты показали практически одинаковый ход развития и величину. Для двух этих исследований характерна повышенная влажность образца в верхней его части и пониженная в нижней части (рис.4.2.а). Увеличение средней влажности образца может быть объяснено наложением ряда процессов, из которых, прежде всего, нужно отметить миграцию влаги к фронту промерзания. На рис. 4.2 приведены

24

графики распределения влажности по глубине образца (а) и изменения нормальных сил морозного пучения во времени (б) опыта №21 Н.Н.Морареску-ла и численные расчеты по предлагаемой модели. а) б)

Влажность грунта, Д.е. Нормальны; О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 шлы,кш

Рис. 4.2. Графики распределения влажности по глубине образца (а) и изменения нормальных сил морозного пучения во времени (б). 1 - опыт № 21 Морарескула Н.Н.;

2 - численные расчеты по предлагаемой модели

Результаты изменения нормальных сил морозного пучения во времени опыта №21 и по результатам численного моделирования наглядно отражают влияние внешних факторов (температуры замораживания, теплофизичес-ких и механических свойств образца грунта) на характер изменения во времени нормальных сил пучения и глубины промерзания и хорошо согласуются между собой.

Практика строительства показывает, что промышленные и гражданские сооружения, возводимые в условиях сезонного промерзания грунтов, часто получают деформации от воздействия касательных сил морозного пучения грунтов. Для исследования процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания анкерных фундаментов были численно промоделированы варианты натурных экспериментов, выполненных В.М.Улицким при УПВ = 1.6 и 2.5 м. Исследовалась работа фундаментов без анкера и с анкером 0.6 м для климатических условий Ангарска с глубиной заложения ё = 2.5 м и при тем-пературно-влажностном режиме сезона с октября 1964 по октябрь 1965. Предзимняя влажность грунтов в исследованиях составляла w = 0.3.

Эпюры распределения температур грунта вдоль фундаментов на апрель месяц показывают, что глубина промерзания в обоих вариантах составила до 2.0 м. Эпюры распределения влажностей в грунте вдоль боковой поверхности анкерного фундамента на апрель месяц показывают, что при УПВ до 2.5 м миграция влаги при промерзании изменила влажность грунта.

25

начиная с глубины 0.7 м до 1.6 м на величину от 10% до 25%. При повышении УПВ до 1.6 м миграция влаги к фронту промерзания изменила влажность на 6% у поверхности грунта и на 30% над уровнем подземных вод.

Распределение нормальных напряжений по верхней грани анкерного фундамента представлены на рис. 4.3. Значения этих напряжений имеют максимальные значения у стойки, снижаясь к краю плиты. При более высоком УПВ эти значения на 21% процент больше, чем при низком УПВ.

Рис. 4.3. Графики распределения нормальных напряжений по верхней грани анкерного фундамента во времени на расстоянии 0.08 м от стойки: 1 - эксперимент; 2 - предлагаемая модель

При оттаивании происходит резкий спад давлений за счет сил морозного пучения, передаваемых на анкер. Переход грунта в талое состояние приводит к постепенному спаду давлений, передаваемых на анкер. Наблюдается хорошая сходимость экспериментальных исследований по определению нормальных давлений в анкерной плите с результатами численного моделирования по предлагаемой модели.

Наблюдения и численные исследования на опытных площадках показали, что удерживающие силы, действующие на анкерные фундаменты, развиваются не только за счет веса грунта обратной засыпки, но и за счет нормальных давлений, которые возникают на контакте мерзлый - талый грунт при промерзании и пучении грунтов у фундамента с анкерной плитой. Результаты численного моделирования показали хорошую сходимость с тщательно выполненными обширными полевыми экспериментами.

Глава 5. Примеры расчета процесса промерзания, морозного пучения и

оттаивания

В этой главе приведены результаты численных исследований различных геотехнических практических задач с помощью предлагаемой модели.

Цель данного исследования заключается в следующем:

• Проверить адекватность используемой модели промерзающего и оттаивающего грунта в натурных и практических применениях;

• Показать функциональные возможности предлагаемой модели и специфическую проблему расчета сооружений на морозоопасных грунтах в условиях глубокого сезонного промерзания.

Приведем численные исследования натурных экспериментов, выполненных с участием автора, которые проводились в условиях Дальневосточного и Северо-западного региона.

На основании анализа наиболее характерных инженерно-геологических и гидрологических условий Восточного полигона сети МПС была выбрана экспериментальная площадка в г. Хабаровске для натурных наблюдений за процессами промерзания, морозного пучения и оттаивания.

Были оборудованы две термометрические скважины глубиной 2.5 м для регулярного замера температур грунта по глубине промерзания и оттаивания грунтов через каждые 0.5 м у строящейся металлической эстакады с бу-ронабивными фундаментами диаметром 0.3 м и глубиной заложения 3.0 м.

Исследовалось также влияние эффективности теплоизоляционного материала на процесс промерзания, морозного пучения и оттаивания 3-метровых буронабивных свай, которые на глубине 0.3 м от поверхности вокруг были утеплены пенополистиролом толщиной 100 мм и размерами в плане 2200x2700 мм. Результаты численного расчета представлены в виде распределения температур грунта по глубине на различные моменты времени и хорошо согласуются с результатами замеров глубины промерзания и температур в специально оборудованных термоскважинах (рис.5.1).

Результаты опытных замеров температуры и результаты численного моделирования показали, что вариант использования пенополистирола толщиной 0.1 м не исключил влияния сил морозного пучения на буронабивные фундаменты, а также деформаций морозного пучения и оттаивания. Результатом этого явились деформации морозного пучения в зиму 2002-2003 годов с подъемом сваи до 70 мм. Таким образом, снижение этого морозного пучения за счет использования утепления произошло лишь на 40-50 % (рис. 5.2).

Для более эффективного применения пенополистирола и повышения температуры грунта вокруг буронабивных фундаментов в зимний период года и, соответственно, снижения касательных сил морозного пучения был промоделирован вариант с утеплением грунтов поверхности вокруг свай толщиной 0.3 м (рис. 5.3).

Увеличение толщины утеплителя вокруг буронабивных свай в два раза снизило глубину промерзания у свай №1 до 0.9 м, а у сваи № 2 до 1.2 м в марте-месяце. При этом диапазон отрицательных температур по утеплителем с глубины 0.6 м находится в интервале от -1.0°С у сваи №1 до -2.1°С у

сваи №2, т. е. в начале интервала температур активного морозного пучения

для данного грунта основания

Температура груши. град -4 -2 0 2 4

0

Рис.5.1. Распределение температур Рис.5.2,'Деформации пучения и оттаивания буро-

грунта по глубине в термометрической набивных;евай №1 и №2:

скважине№1: 1,2-на01.12.02г.;3,4- 1,2 - буронабивной сваи №1; 3,4 - буронабивной

на 15.02.03 г.; 5,6 - на 30.03.03; 7,8 - на сваи №2 - соответственно эксперимент и по пред-

16.06.03 г. соответственно по экспери- латаемой модели.. менту и по предлагаемой модели.

i, J*

¿i ■ -mrrjr,

ШШЙт'

Рис. 5.3. Эпюры распределения температур у фундаментов №1, №2 на март месяц с утеплением их пено'пс/листиролом толщиной 0.1 м (а) и 0.3 м (б)

Для обеспечения безопасной эксплуатации сооружений в условиях глубокого сезонного промерзания в морозоопасных пучинистых грунтах целесообразно делать детальное геотехническое обоснование с последующим мониторингом работ. Реализация подобной новой геотехнологии позволяет достоверно прогнозировать процесс промерзания, морозного пучения и оттаивания, способного контролировать по этапам ход этих процессов (температур и деформаций) и эффективно использовать современные геоматериалы и геотехнологии для снижения или исключения этого негативного явления при воздействии на сооружение.

В диссертации также приведены результаты натурных и численных исследований насыпей, выемок и опор контактной сети на Забайкальской, Дальневосточной и Сахалинской железных дорогах. Одним из них является следующее исследование. По плану Департамента пути и сооружений МПС России на Забайкальской железной дороге был заложен опытный участок исследования эффективности технологии укладки теплоизоляционного материала (экстузионного пенополистирола) для снижения или исключения сил морозного пучения на грунты тела насыпи. Исследование распределения температурных полей было организовано в насыпи км 7286 ПК 6+50 и ПК 7+18 Забайкальской железной дороги на перегоне Горелый-Имачи в ноябре 2001 года (рис. 5.4).

з

2 ■

3 * *

НО^бОЬЧ апЛйь/^май

1 >2 /V 1

а 41 \ \ / '

С

¥

.5 1

-6 -

время

Рис. 5.4. Результаты численного моделирования изменения температуры грунтов на глубине 1.0 м от поверхности насыпи за период с ноября 2001г. по июнь 2002г. 1 - без утепления насыпи; 2-е утеплением насыпи экструзионным пеноплоистиролом

Снижение температуры на глубине 1.0 м от поверхности насыпи, т. е. в теле основной площадки земляного полотна, за счет укладки утепления из экструзионного пенополистирола толщиной 6 см снижается в среднем на 0.2°С.... 1 °С. Такое снижение при данных климатических, геологических, теп-

лофизических и физико-механических свойствах опытного участка не исключило воздействия сил морозного пучения на верхнее строение пути, так как диапазон температур активного морозного пучения для большинства грунтов составляет -О.З°С ...- 8°С. Службе пути ЗабЖД были предложены эффективные варианты укладки теплоизоляционных материалов.

Эффективность использования утепления фундаментов была проверена на длительно эксплуатируемом трехэтажном кирпичном здании дома отдыха железнодорожников на Дальневосточном участке Трансибирской магистрали - станции Архара (рис.5.5).

Рис. 5.5 Эпюры температур грунтов на март месяц в основании на глубине 0.6 м от поверхности земли вдоль фундаментных стен по продольной и поперечной стене здания утепленным экструзионным пенополистиролом

Результаты теплофизических расчетов показали, что использование утеплителя из экструзионного пенополистирола существенно повышает температуру на глубине 0.6 м от поверхности грунта. Лишь в самих углах здания на расстоянии 0.5-1.0 м вдоль продольных стен температура грунта находится в интервале интенсивного морозного пучения. При этом в углах здания отменено повышение температур грунта почти в два раза по сравнению с вариантом без утепления В средних сечениях здания температура грунта под утеплителем составляет 0 0. . минус 0.2 "С, что меньше значения темпе-

ратур начала морозного пучения для данного типа грунта. Таким образом, эти исследования показали эффективность используемого теплоизоляционного материала для снижения сил морозного пучения грунтов.

Тема, связанная с возможными воздействиями морозного пучения на малонагруженные свайные фундаменты, малоизученна. В Санкт-Петербурге представилась возможность исследовать здание на свайных фундаментах будущего православного Храма Сретения Господня. Результаты нивелировок обреза фундамента показали деформации ненагруженной и не засыпанной части храма до 8-12 см. Визуальное обследование состояния ростверка трещины в теле ростверка до 10 мм. Исходя из полученных результатов распределения температур на каждый месяц года, был произведен расчет процесса морозного пучения свайного фундамента (рис.5.6).

Рис.5.6. Изолинии максимальных вертикальных перемещений свайного ростверка от

сил морозного пучения

Из результатов расчета видно, что в засыпанной песком части ростверка (в осях 1-3/К-Д) пучение поверхности незначительно и составляет 1.0-2.0 см, что несущественно для последующего нагружения свайного основания. Более негативно процесс морозного пучения оказывает свое влияние на ростверки и сваи в не засыпанной песком части ростверка (в осях 3-9/А-Н). Максимальные деформации подъема ростверка от сил морозного пучения составляют 6.0 -12 см. Эти величины объясняют появившиеся значительные трещины в теле ростверка. Предложенные конструктивные мероприятия предложили успешно продолжить строительство Храма Сретения Господня.

Интересны исследования процесса промерзания и морозного пучения грунта в условиях миграции влаги, выпопненные в условиях Дальнего Востока В И Федоровым В численном •эксперименте был промоделирован процесс

промерзания и оттаивания с учетом миграции влаги в зимний период времени в промерзающиетрунты Рассматривалось три варианта уровня подземных вод

м от поверхности планировки), которые были зафиксированы в полевом эксперименте. При УГВ = - 2.3 м грунт у фундамента промерзает на глубину до 0.5 м с возрастанием глубины промерзания до 2.0 м с удалением от наружных фундаментных стен здания. Миграция влаги от горизонта подземных вод в зависимости от скорости промерзания происходит по всей глубине обратной засыпки и за ее бортом от поверхности планировки, где влажность грунта увеличивается до 20% уже первый месяц промерзания, и до отметки уровня поземных вод (рис. 5.7). Промерзание и морозное пучение грунтов обратной засыпки при высоком УПВ от поверхности планировки вызывает деформации и разрушение жесткой бетонной отмостки вокруг здания.

Рис 5 7. Эпюры распределения влажности грунта обратной засыпки на март месяц на глубине 0 25 м, 0.75 м и 2 0 м от поверхности планировки

Наибольший прирост влаги происходит на глубине 0.8-1.0 м от поверхности в мерзлой зоне ближе к бортам обратной засыпки. Результаты данного исследования показывают на значительное увеличение влажности грунтов обратной засыпки за счет миграции воды от УПВ к движущемуся фронту промерзания. Проведенные численные расчеты показывают хорошую сходимость полученных результатов в распределении влажности и температур промерзания с экспериментами на данной площадке.

Деформации морозного пучения в рассматриваемом случае не опасны для фундамента здания, так как промерзание у боковой поверхности составляет на конец зимы до 0 5м из-за значительного количества выделяемого тепла

подвального помещения, что было отмечено в работе В.И.Федоровым. На основании этих исследований предложена и внедрена конструкция морозостойкой отмостки.

В практике эксплуатации холодильников часто имеет место промораживание основания. Оно характеризуется большой глубиной (вплоть до половины ширины здания) и чрезвычайной неравномерностью - от максимума в центре здания до практического отсутствия под фундаментами наружных стен. Первоочередным в обследовании таких зданий является экспериментальное установление глубины промерзания основания в разных местах. Затем должна решаться температурная задача, позволяющая оценивать процесс промерзания во времени. Эта и последующие задачи решаются в пространственной постановке, что обеспечивает корректность решения. Кроме того, в задаче промерзания предусматривается учет фазовых превращений влаги в интервале отрицательных температур. Выполненные решения позволили промоделировать предысторию замерзания - в частности, например, начало выхода из строя системы обогрева полов.

Выполнен расчет роста глубины промерзания основания холодильника по годам, расположенного в Санкт-Петербурге. Результат численного моделирования определения хода промерзания грунтов в основании холодильника после отключения обогрева пола с прогнозом целесообразен в случае непринятия превентивных мер по исключению этого негативного явления для здания. В случае возобновления обогрева основания приведены графики деформаций пучения и оттаивания во времени среднего сечения основания здания холодильника (рис.5.8).

0.2 £ o.i

х а а х я

н о

0 0.1

н -0.2 «

х

5 -0.3 С-О-4 -0.5

—1

¿¿-Л 3

\ :

\ 1 \

1

V

и

б 8 10 Время, годы

12

14

16

Рис. 5.8. Перемещения фундаментов при промерзании и оттаивании 1 - средний фундамент; 2 - фундамент между средним и лад .наружную стену

фундаментами; 3-фундамент под иа^МуНАЦМ^КАЛЬНАЯ

| библиотека 33 I Cflmrtpr

о» Ш ИТ

Это означает, что допущение оттаивания вызовет катастрофические деформации надземных конструкций вплоть до их обрушения. Таким образом, оттаивание основания необходимо сопровождать компенсационными мероприятиями. Наиболее перспективной следует считать инъекцию в плас-тичномерзлые грунты основания, осуществляемую в режиме гидроразрыва.

Численное моделирование позволило оценить последующий разогрев основании за счет экзотермии твердеющего раствора и установить КДС

системы «основание -фундамент - здание» на любой промежуток времени. Это даст возможность контролировать в ходе ремонтных работ температуры в основании и перемещения конструкций, сопоставляя их с данными расчетов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ результатов обследования деформированных сооружений (на примере 400 объектов), расположенных на территории Дальневосточного региона Восточного полигона сети МПС, показал, что основными причинами деформаций сооружений являются морозное пучение грунтов оснований (67%) и сверхнормативные осадки слабых оснований сооружений (29%). Причем более четверти объектов деформировалось за счет выпучивания фундаментов касательными силами морозного пучения. Большая часть сооружений (38%) получила повреждения от совместного действия касательных и нормальных сил пучения, а также в результате оттаивания и просадки промороженных оснований.

2. Предложенная математическая модель и метод конечноэлементно-го расчета процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания грунта в годичном цикле в пространственной постановке, является обобщением современных представлений в области исследования промерзающих-оттаивающих грунтов. Метод расчета включил решение теплотехнической задачи, в результате чего представилось возможным определить температурные и влажностные поля на каждый расчетный момент времени. Установленное расчетом напряженно-деформационное состояние грунтов основания в процессе промерзания и оттаивания позволило оптимизировать реконструкци-онные работы оснований зданий и локализовать опасные участки железнодорожного пути. .

3. Основной отличительной особенностью реализованной математической модели является ее комплексность, то есть учет основных факторов, влияющих на процессы промерзания-оттаивания, а именно:

3.1. Процессов промерзания и оттаивания грунтов определяющихся с учетом фазовых превращений воды. В качестве функции зависимости коэффициента содержания незамерзшей воды К„ в промерзающих грунтах была принята параболическая функция, аппроксимирующая связь между отрицательной температурой грунта и К„.

3.2. Миграции влаги к фронту промерзания в случае высокого положения уровня подземных вод. К предзимней влажности добавляется миграционная влажность, как функция интенсивности миграционного подтока При этом УПВ в течение периода промерзания принят переменным.

3.3. Скорости промерзания и оттаивания грунта, которые определяются теплофизическими свойствами промерзающего-оттаивающего основания и граничными условиями четырех видов (температурой грунта на поверхности; заданным тепловым потоком внутри грунта; конвективным теплообменом с окружающей средой; тепловым потоком на границах рассматриваемой области грунта).

4. Предложенная методика расчета напряженно-деформированного состояния промерзающего-оттаивающего грунта учитывает увеличение объема грунта при промерзании за счет следующих факторов: замерзания предзимней влаги, первоначально находящейся в его порах; замерзания влаги, мигрирующей в промерзающую область грунта; образования морозобойных трещин. При этом деформации морозного пучения определяются с учетом скорости перемещения фронта промерзания и действующего давления на грунт.

5. Численные и натурные (лабораторные и полевые) эксперименты позволили подтвердить важные закономерности процессов промерзания-оттаивания грунтов:

5.1. Для промерзающего грунта характерна повышенная влажность в верхней части и пониженная в нижней части. Увеличение средней влажности образца свидетельствует о миграции влаги к фронту промерзания.

5.2. Грунт, испытавший морозное пучение без внешней нагрузки, при оттаивании возвращается в первоначальное положение и принимает объем, который имел до начала процесса промерзания. Под нагрузкой деформации оттаивания больше, чем деформации морозного пучения.

5.3. Рост нормальных сил морозного пучения во времени в условиях закрытой системы зависит от скорости промерзания грунта и скорости миграции влаги к фронту промерзания. Это подтверждает выводы, полученные ранее опытным путем Н.Н.Морарескул и В.О. Орловым.

5.4. Подтверждено, что для анкерных фундаментов касательные силы морозного пучения развиваются преимущественно в верхней трети глубины промерзания. Нормальные напряжения от сил морозного пучения возрастают во времени, причем максимальные значения соответствуют участкам, ближайшим к телу анкера, минимальные - краю анкерной плиты. Подтверждены закономерности установленные натурными экспериментами.

6. Установлено, что результаты численного моделирования и натурных экспериментов адекватны друг другу. Это подтверждает достоверность предлагаемого метода расчета промерзающих-оттаивающих грунтов. Реа-

лизованная математическая модель промерзающего-оттаивающего грунта позволила решить ряд практических задач, аналоги, по решению которых отсутствуют.

7. На основе реализации математической модели дан прогноз глубины промерзания грунтов, величины деформаций морозного пучения и оттаивания широкого круга инженерных сооружений.

8. Разработанное программное обеспечение позволяет широкий решать комплекс задач при реконструкции искусственно промороженных оснований промышленных холодильников, контролировать ход оттаивания, в том числе с учетом экзотермии введенного в толщу основания твердеющего цементного раствора, оценивать последующий разогрев основания за счет экзотермии твердеющего раствора и устанавливать НДС системы «основание -фундамент - здание» на любой промежуток времени.

9. Результаты расчетов позволяют прогнозировать неравномерность деформаций железнодорожных сооружений, и на этой основе разрабатывать мероприятия по снижению опасных деформаций. Вариантные расчеты локализуют опасные участки, что уменьшает материалоёмкость проектируемых конструкций и их трудозатраты с сокращением сроков строительства, стоимости и периодичности производства работ по капитальному ремонту.

10. Система поэтапного контроля процессов изменения температурных полей и деформаций дала возможность более эффективно использования современных геоматериалов и геотехнологий.

11. Исследования показали, что использование теплоизоляционных материалов при самых неблагоприятных климатических условиях позволяет резко уменьшить глубину промерзания и регулировать ее до безопасного уровня. При этом необходимо в каждом конкретном случае делать геотехническое обоснование пучиноопасного участка и на основе полученного регламента вести последующий мониторинг.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Распорное давление несвязных мерзлых грунтов на подземное ограждение и фундаменты. Ускорение научно-технического прогресса в фундаменто-строении. Сб.науч. Тр. В 2т. Т.2. Методы проектирования эффективных конструкций оснований и подземных сооружений: Под общ. ред. В.А.Ильичева. - М.: Стройиздт, 1987. С.252-253. (Соавт. Будин' А.Я., Бакенов Х.З., Будин ВА, Савко Б.А.).

2. Исследование напряженно-деформированного состояния слоистых заторфо-ванных оснований. 11-я Балтийская международная конференция по механике грунтов и фундаментостроению. Сб.научн.тр. в Зт. Т.1. Строительство на торфах и деформации сооружений на сильносжимаемых грунтах. М.:

ВНИИИС, 1988. С. 170-173. (Соавт. Морарескул Н.Н., Бакенов Х.З.).

3. Решение задач механики грунтов, оснований и фундаментов методом конечных элементов с использованием ЕС ЭВМ, Ха.бИИЖТ. Хабаровск, 1989.42 с, (Соавт. Фадеев А. Б., Бакенов Х.З.).

4. The research of a strain-deformed condition, of the foot foundations од frost heaving soils of a southern part of the Far Eastern. Geocryological problems of construction in Eastern Russia and Northern China. Proceedings of International Symposium. Yakutsk: SB RAS Publishers. 1998. Vol. l.C. 17-22. (Соавт. Turin I.M.).

5. Информационная технология проектирования оснований и фундаментов юга Дальнего Востока. Новые информационные технологии и автоматизированные системы: Материалы международной научно-практической конференции «Информационные технологии на железнодорожном транспорте. Хабаровск: ДВГУПС, 1998. - С.200-205.

6. Снижение и выравнивание нагрузки на основной площадке земляного полотна при укладке в балласт упругой и жесткой прослойки. Вопросы надежности пути в условиях сурового климата: Межвуз.сб.науч.тр., Хабаровск: ДВГУПС, 1999. - С.4-11. (Соавт. Стоянович Г.М.).

7. Теория и практика проектирования фундаментов зданий и сооружений в пучинопасных грунтах Дальнего востока. Хабаровск: ДВГУПС, 1999. -105 с. (Соавт. Тюрин И.М.) - . . .

8. Моделирование процесса промерзания и морозного пучения малозаглуб-ленных фундаментов зданий в условиях глубокого сезонного промерзания. Строительство и реконструкция деревянных жилых домов: Сборник трудов международной научно-технической конференции, 23-24 мая 2002. Архангельск: АГТУ, 2002. С. 127-130. (Соавт. Парамонов В.Н., Сахаров И.И.)

9. Frost Heave Soils. 2nd Canadian Specialty Conference on Computer Applications in Geotechnique. April 28-30, 2002. Winnipeg, Canada. P. 167171. (Соавт. Ulitsky V.M., Paramonov V.N., Shashkin A.G., Shashkin ICG.).

10. Calculation free-zing foots foundations on salted heave dangerous soils with heat insulation. Proceedings ofthe international coastal geotechnical engineering in practice. 21-23 May 2002. Atyray, Kazakhstan. P. 145-147. (Соавт. Ulitsky V.M., Paramonov V.N., Sakharov I.I., Bakenov H.Z.).

П. Расчетная оценка эффективности геоматериалов для противопучинной защиты реконструируемых транспортных сооружений. Применение геоматериалов при строительстве и реконструкции транспортных объектов. Материалы П-й международной научно-технической конференции. 17-18 января 2002. Санкт-Петербург. ПГУПС. С.69-72. (Соавт. Парамонов В.Н., Сахаров И.И.).

12. Numerical forecast of freezing, heave and thawing of soils under footings in three-dimensional mode. Permafrost engineering. Proceeding of the fifth

International symposium on permafrost engineering (2-4 September 2002, Yakutsk, Russia). - Yakutsk: Permafrost Institute Press, 2002. - Vol.l. P.I 98202. (Соавт. Paramonov V.N., Sakharov I.I.)-

13. Geotechnical Basis for subgrade reconstruction under conditions of deep seasonal frost penetration .in frost-sensitive heaving ground. Permafrost engineering. Proceeding of the fifth International symposium on permafrost engineering (2-4 September 2002, Yakutsk, Russia). - Yakutsk: Permafrost InstiUte Press, 2002.-Vol.2. P.75-79.

14. Современные геотехнологии для обеспечения безопасной эксплуатации насыпей железных дорог. Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок: «Проблемы развития теории сооружений и совершенствования строительных конструкций». 11-12 сентября 2002г., Томск. - Томск: Изд-во Томск, гос. арх.-строит. ун-ва, 2002. С.77-78. (Соавт. Парамонов В.Н., Сахаров И.И.).

15. Исследование процесса промерзания и морозного пучения железнодорожных насыпей. Доклада: 59-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета. Часть I. СПГАСУ. СПб. 2202. С. 34-36. (Соавт. Парамонов В.Н., Сахаров И.И.).

16. Расчет промерзания, пучения и оттаивания оснований малозаглублен-ных фундаментов. Сборник докладов международной научно-практической конференции «Аэродромы и дороги. Основания и фундаменты» (23 апреля 2002 года).- ВИТУ. С-Пб, 2002. С.91-96. (Соавт. Парамонов В.Н., Сахаров И.И.).

17. Снижение сил морозного пучения для фундаментов реконструируемых железнодорожных зданий в условиях глубокого сезонного промерзания. Реконструкция-Санкт-Петербург-2003. Сборник докладов международной научно-практической конференции. Часть 1. Санкт-Петербург. 2002. С.231-236. (Соавт. Улицкий В.М., Алексеев СИ.).

18. Теплофизические и деформационные расчеты оснований зданий холодильников, промороженных в ходе эксплуатации. Реконструкция-Санкт-Пе-тербург-2003. Сборник докладов международной научно-практической конференции. Часть 1. Санкт-Петербург. 2002. С.219-222. (Соавт.. Парамонов В.Н., Сахаров И.И., Шашкин К.Г.).

19. Проблемы реконструкции насыпей железных дорог в условиях сурового климата. Интернет-журнал №5. СПб. - М. Изд-во АСВ, 2003. С. 121-127.

20. Автоматизация расчета системы «сооружение-основание» при глубоком сезонном промерзании. Автоматизация проектирования в строительстве и гидротехнике. Труды международной научно-технической конференции, 14-16 мая 2003 г. - Одесса: Изд-во ОМНУ, 2003, вестник №10. С.47-50. (Соавт. Улицкий В.М., Сахаров И.И., Парамонов В.Н., Шашкин К.Г.).

21. Thermophysical and deformational assessment of some recent constructional

decisions in transport construction. Earth cryosphere as a habibat and an object ' for nature management. Abstracts international conference in memory >of 95lh anniversary of P.I.Melnikov, 26-28 may 2003. Pushchino, Russia. P.53. (Co-авт. Paramonov V.N., Sakharov I.I., Shashkin K.G.).

22. Исследование процессов промерзания основания фундаментов эстакады в г.Хабаровске. Опыт строительства и реконструкции зданий и сооружений на слабых грунтах: Материалы Международной научно-технической конференции,- Архангельск: Изд-во Арханг. Гос. Техн. ун-та, 2003. С. 8388. (Соавт. Парамонов В.Н., Сахаров И.И., Шашкин К.Г.).

23. State of the geotechnologies in reconstruction of foundations along the Trans-Siberian Railway. Reconstruction of historical cities and geotechnical engineering. Proceedings of the geotechnical conference dedicated to the tercentenary ofSaint Petersburg. Volume 1. Saint Petersburg 17-19 September 2003. P.335 -339.

24. Расчет процесса оттаивания в промерзающих грунтах. Фундаментостро-ение в сложных инженерно-геологических условиях. Труды международного геотехнического симпозиума/ Санкт-Петербург. Издание Казахстанской геотехнической ассоциации.2003. С.151-152. (Соавт. Парамонов В.Н., Сахаров И.И., Шашкин К.Г.).

25. Нелинейные методы расчета теплофизических и деформационных процессов в промерзающих грунтах. 36ipmnc наукових (галузеве машинобу-дувания, буддвницгво)/ Полтавський нацюнальний техтчний ушверситет 1меш Юрм Кондратюка,2003. СИ 1-115. (Соавт. Парамонов В.Н., Сахаров И.И., Шашкин К.Г.).

26. Численное моделирование процесса морозного пучения грунтов сооружений. Каспийская Международная конференции по геоэкологии и геотехнике. Баку. Азербайджан, 3-5 ноября, 2003 г. Баку. С.213-216. (Соавт. Улицкий В. М., Парамонов В.Н, Сахаров И.И., Шашкин К.Г.).

27. Contemporary geo-technologies providing safe operation of railway embankments in permafrost conditions. International Conference on Permafrost. Extended Abstracts, Reporting Current Research and New Informational Zurich, Switzerland, 20-25 July, 2003. P. 167-168. (Соавт. Ulitsky V.M., Paramonov V.N., Shashkin K.G., Lisyuk M.B.).

28. Modelling process of migrant moisture in ground frost heave. Extreme Hydrological Events: Theory, Modelling and Forecast. Proceeding of International Scientific Workshop. Moscow, November, 3-6,2003. P. 274-276. (Соавт. Ulitsky V.M., Lisyuk M.B.).

29. Numerical modelling of migrant moisture component in ground frost heave forecast. 9th International Conference on Numerical Methods in Continuum Mechanics. University ofZilina, Slovak Republic. 9-12 th September 2003. P. 167168. (Соавт. Ulitsky V.M., Paramonov V.N., Sakharov I.I., Shashkin K.G.).

30. Расчет деформаций морозного пучения промороженного основания здания холодильника. Актуальные проблемы механики, прочности и теплопроводности при низких температурах. Моделирование замораживания грунтов искусственным холодом. Материалы IX научно-технической конференции. СПб.: СПбГУНТиПТ, 2003. С. 112-117.

31. Реконструкция фундаментов железнодорожных зданий Восточного полигона сети МПС. Проблемы строительства, реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений на железнодорожном транспорте. Научно-методическая конференция. 18 декабря 2003. СПб.: ПГУПС, 2003. С.23-24.

32. Численные исследования тегаюфизических процессов в сезонномерзлых грунтах. Криосфера Земли. №4. Том VII, 2003. С. 76-81.

33. Влияние миграционной влаги на процесс морозного пучения сезонно промерзающих грунтов. Реконструкция городов и геотехническое строительство. Интернет-журнал №7. СПб. - М. Изд-во АСВ. 2003-2004. С.233-240.

34. Исследование распределения температурных полей в насыпи на участке Забайкальской железной дороги. Вопросы надежности пути в условиях сурового климата. Межвуз. сб. научн. трудов. ДВГУПС. Хабаровск:, 2004. С. 35-42. (Соавт. Юсупов С.Н.).

35. Оценка деформаций грунтов связанных с промерзанием и оттаиванием. Основания и фундаменты: Теория и практика. Межвузовский тематический сборник трудов. СПбГАСУ. Санкт-Петербург, 2004. С. 134-140. (Соавт. Невзоров А.Л., Парамонов В.Н., Сахаров И.И., Кригер Е.В., Захаров А.Е.).

36. Геотехнологии в реконструкции земляного полотна. Путь и путевое хозяйство. М.: №2.2004. 23-24.

37. Геотехническое моделирование процесса промерзания и оттаивания мо-розоопасных грунтов. СПб; М.: Изд-во АСВ, 2004. - 37с.

38. Моделирование процессов морозного пучения и оттаивания грунтов основания. Международная конференция по проблемам механики грунтов, фундаментостроению и транспортному строительству. Пермь, 2004. с.79-83.

39.Численное моделирование процессов морозного пучения в сезоннопро-мерзающих грунтах. Известия Вузов. Строительство. Новосибирск, №6. 2004, с.4-8.

40 Расчеты процесса промерзания и оттаивания по программе «Termoground». Реконструкция городов и геотехническое строительство. Интернет-журнал №8. СПб. - М. Изд-во АСВ. 2004. С. 83-97.

41. Calculation process thaw seasonal frost soils transport buildings. Cryosphere of Oil-and-Gas Bearing Provinces. Abstracts international conference. Tyumen, 2004. P.56.

42. Деформации малозагруженных сооружений от сил морозного пучения грунтов. Геотехнические проблемы строительства крупномасштабшых и уникальных объектов. Труды международной геотехнической конференции посвященной году РФ в РК. Алматы, Казахстан, 2004. С.298-200.

43. Численное моделирование процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания грунтов. Основания, фундаменты и механика грунтов. М., № 5. 2004. С.21-26.

Подписано к печати 16.10.04. Формат 60x84 1/16. Бум. офсет. Усл.печл. 2,5. Тираж 150 экз. Заказ 207.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.

Опечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.

№2166

РЖ Русский фонд

2005-4 2089б

Введение.

Глава 1.Анализ основных направлений исследования процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания грунтов.

1.1. Существующие теории процесса промерзания грунтов основания сооружений.

1.2. Существующие теории миграции грунтовой влаги в процессе промерзания.

1.3. Существующие теории процесса морозного пучения грунтов.

1.4 Особенности процесса оттаивания мерзлых грунтов.

1.5. Выводы по главе 1.

Глава 2. Анализ деформаций сооружений в результате воздействия морозного пучения и оттаивания грунта.

2.1. Оценка процесса промерзания и оттаивания пучинистых грунтов основания малонагруженных сооружений.

2.2. Деформации зданий и сооружений на пучинистых грунтах.

2.3. Оценка состояния земляного полотна Восточного полигона железных дорог.

2.4. Выводы по главе 2.

Глава 3. Методологическое обоснование численного моделирования процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания грунтов.

3.1.Предпосылки к построению модели теплофизических задач методом конечных элементов (МКЭ).:.

3.2. Математическая модель теплофизических процессов с учетом фазовых переходов воды в интервале отрицательных температур.

3.3. Определение влажности мерзлого грунта первоначально находящейся в порах за счет незамерзшей воды при промерзании.

3.4. Определение влажности мерзлого грунта за счет интенсивности миграционного подтока влаги.

3.5. Интерполяционные функции.

3.6. Итерационная схема решения уравнений.

3.7. Численное моделирование процессов морозного пучения в сезонно-промерзающих грунтах.

3.8. Численное моделирование процессов оттаивания промороженных грунтов.

3.9. Выводы по главе 3.

Глава 4. Расчеты процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания.

4.1. Промерзание столбика грунта сверху.

4.2. Промерзание столбика грунта сверху и снизу.

4.3. Распределение температуры в столбике грунта.

4.4. Анализ процесса промерзания и оттаивания.

4.4.1. Расчет фронта оттаивания во времени.

4.4.2. Расчет фронта промерзания во времени.

4.5. Геотермический конечноэлементный анализ процесса оттаивания грунтов.

4.6. Анализ процесса оттаивания вечномерзлых грунтов под теплым зданием.

4.7. Анализ процесса промерзания грунта вокруг трубы.

4.8. Оценка деформаций грунтов, связанных с промерзанием и оттаиванием.

4.9.Исследование нормальных сил пучения.

4.10.Работа анкерных фундаментов в пучинистых грунтах.

4.11 .Выводы по главе 4.

Глава 5. Примеры расчета процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания.

5.1. Натурные и численные исследования процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания.

5.2. Пространственные теплофизические расчеты длительно эксплуатируемого здания в условиях глубокого сезонного промерзания.

5.3.Исследования процесса промерзания и морозного пучения грунта в условиях миграции влаги.

5.4. Численное моделирование процесса морозного пучения грунтов свайных фундаментов.

5.5. Пространственные теплофизические расчеты процесса промерзания в процессе строительства у существующего здания Лениградского зоопарка.

5.6. Пространственные теплофизические исследования распределения температурных полей в насыпи км 7286 ПК 6+50 и ПК 7+18 Забайкальской железной дороги на перегоне Горелый-Имачи.

5.7.Исследование процесса морозного пучения и оттаивания участка насыпи Забайкальской железной дороги.

5.8. Исследование эффективности устройства теплоизоляции грунтов для снижения процесса морозного пучения и оттаивания участка выемки железной дороги Забайкалья.

5.9. Исследование процесса морозного пучения и оттаивания участка земляного полотна Сахалинской железной дороги.

5.10. Пространственная задача деформаций массива.

5.10.1. Расчет деформаций морозного пучения здания холодильника в г.Бикин Хабаровского края

5.10.2. Расчет деформаций морозного пучения здания холодильника в г. Санкт-Петербург.

5.11.Выводы по главе 5.

На Земле мерзлые грунты с учетом сезоннопромерзающих слоев занимают 50% суши и всю территорию России (Ершов, 1990). Например, Транссибирская магистраль на значительной протяженности проходит в инженерно-климатических условиях с глубоким сезонным промерзанием грунтов морозо-опасных пучинистых грунтов.

Явления, связанные с сезонным промерзанием-оттаиванием грунтов, оказывают существенное негативное влияние, например, на линейные сооружения железнодорожного транспорта, как наиболее незащищенные от климатических и гидрогеологических факторов. Достаточно привести слова президента ОАО "Российские железные дороги" Г.М. Фадеева, высказанные на коллегии МПС в 2002 г.: "Деформации различных сооружений и земляного полотна при промерзании и оттаивании грунтов наносят железнодорожному транспорту ущерб, измеряемый по самым скромным подсчетам десятками миллиардов рублей ежегодно".

Хозяйственное освоение территории в условиях сезонного промерзания и оттаивания неизбежно приводит к нарушению естественного процесса теплообмена грунтов с атмосферой: изменяется мощность и плотность снега; уничтожается растительный покров; изменяется гидрогеологический режим, состав и свойства грунта деятельного слоя. Это вызывает изменение температурного и влажностного режимов грунтов, ведущее к интенсивному развитию ряда криогенных процессов (термокарст, пучение, морозобойное трещинообразование, солифлюкция, развитие наледей, новообразование мерзлых толщ или их деградация, оврагообразование), которые изменяют ландшафтные условия и существенно влияют на устойчивость сооружений.

Безаварийная работа оснований зданий и сооружений в условиях промерзания морозоопасных пучинистых грунтов может быть обеспечена комплексной системой диагностики негативных процессов морозного пучения и оттаивания с использованием современных методов расчета и исследовательской аппаратуры. Это позволит наиболее эффективно использовать ресурсосберегающие технологии при строительстве, реконструкции и ремонту сооружений.

Для проектирования, строительства, реконструкции и эксплуатации различных инженерных сооружений, возведенных на территории распространения сезонного промерзания грунтов, необходимо уметь делать многофакторную оценку естественных инженерно-геокриологических условий района изучения, позволяющую расчетным путем прогнозировать все возможные неблагоприятные воздействия в процессе хозяйственного освоения территории. Последнее приобретает особое значение в связи с необходимостью разработки специальных мероприятий по охране окружающей среды и обеспечению устойчивости сооружений. Поэтому одной из основных проблем, связанных со строительством и реконструкцией зданий и транспортных сооружений в районах с глубоким сезонным промерзанием, оказывается проблема научно обоснованного исследования инженерно-геокрилогических условий, дающих основу для прогнозирования деформаций морозного пучения и оттаивания промерзающего основания.

Поэтому одной из основных проблем, связанных со строительством и реконструкцией транспортных сооружений в районах с глубоким сезонным промерзанием, оказывается проблема научно обоснованного прогнозирования инженерно-геокрилогических условий на исследуемой территории.

В общем случае инженерно-геокрияогические условия включают в себя совокупность всех параметров и процессов, характеризующих напластование грунтов основания во взаимодействии с атмосферой. Очевидно, что эти параметры и процессы неразрывно связаны между собой и только в совокупности характеризуют природную обстановку. Полный прогноз влияния всех факторов является делом будущего, но прогнозирование отдельных наиболее важных параметров и процессов возможно уже в настоящее время.

Проблема негативного воздействия морозного пучения на сооружения в период промерзания грунтов находится в центре внимания, начиная с момента строительства, и в течение всего времени эксплуатации сооружений. Причиной такого внимания являются многочисленные деформации зданий, сооружений, рельсового пути и опор контактной сети, вызываемые морозным пучением грунтов. Неравномерное пучение грунтов негативно воздействуют на конструкции зданий и сооружений, приводя их в аварийное состояние, искажая профиль рельсового пути. Для обеспечения безопасного движения поездов на пу-чиноопасных участках требуется постоянный ремонт пути, с затратой большого количества рабочей силы и огромных средств. Проблема морозного пучения грунтов определяется не только количеством отремонтированных зданий, сооружений, замененных участков пути и опор контактной сети, но и безопасностью перевозок и эксплуатации сооружений. В силу этого проблема может быть названа социальной, имеющая важное народнохозяйственное значение.

Как отмечают многие исследователи, одной из основных задач при проектировании транспортных сооружений в условиях сезоннопромерзающих грунтов является прогноз деформаций морозного пучения и оттаивания промерзающего основания.

Как известно, процесс замерзания грунта очень часто сопровождается увеличением его объема вследствие увеличения объема воды при переходе ее в лед, а также вследствие изменения влажности грунта. Увеличение объема грунта, называемое морозным пучением, вызывает возникновение сил пучения, которые могут существенно повлиять на сооружения, примыкающие к пучащемуся грунту или расположенные по соседству.

В литературе описано большое количество примеров деформаций зданий и сооружений под действием сил морозного пучения грунтов. Малонагружен-ные здания и линейные сооружения наиболее часто подвержены деформациям и разрушениям под действием пучащегося грунта. Многочисленные описания аварийных деформаций сооружений под действием морозного пучения грунтов имеются в работах Н.А.Цытовича, М.И.Сумгина, Б.И.Далматова, H.H. Мораре-скула и др. Приведенными этими авторами примерами далеко не исчерпывается область возникновения и действия сил морозного пучения грунтов. Однако они указывают на большое практическое значение затронутой темы.

Между тем проблемы оценки изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) сооружений и их оснований в условиях реконструкции и строительства на морозоопасных грунтах с сезонным промерзанием до сих пор не решены в полной степени и недостаточно освещены в литературе, несмотря на существенные достижения в исследованиях свойств мерзлых грунтов.

Такое положение связано с множеством факторов, влияющих на силы морозного пучения. При этом основополагающие факторы во времени взаимно влияют друг на друга. Более полувека назад было разработано несколько теорий морозного пучения грунтов. Однако физика явлений морозного пучения до конца не ясна. Для количественных расчетов процесса морозного пучения не было многих показателей, и отсутствовала современная система численного математического моделирования процесса.

Значительная часть исследователей стремилась установить абсолютные величины давлений или просто перенести на грунт усилия, возникающие при замерзании талой воды, игнорируя влияние ряда факторов, в том числе твердых частиц. Физико-механические свойства грунтов, водный режим, нагрузки, фазы замерзания - факторы, имеющие исключительно большое значение при морозном пучении грунтов - во многих работах не получили должного отражения.

До настоящего времени у широкого круга специалистов нет достаточно четкого представления о физике процессов морозного пучения грунтов. А это, в первую очередь, приводит к ошибкам проектирования сооружений, сопровождающимся либо повреждениями сооружений в процессе строительства или эксплуатации, либо к принятию специальных мер против пучения, которые не адекватны конкретной ситуации.

Как показывает опыт строительства и реконструкции транспортных сооружений в условиях сезонного промерзания, деформации происходят преимущественно в период действия отрицательных температур, миграции влаги к фронту промерзания и последующего оттаивания грунтов. На практике учет влияния этого негативного процесса на сооружения сводится к измерению температур грунта в геокриологических скважинах и перемещений с помощью нивелировок поверхностных марок в течение длительного периода времени года. Поэтому весьма актуальной представляется разработка методов расчета основания, позволяющих учитывать изменение напряженно-деформированного состояния грунта уже на стадии проектирования геотехнических работ.

В последние десятилетия интенсивно развивается нелинейная механика грунтов, на основе методов численного моделирования, позволяющая более шире выявить внутреннюю комплексную оценку НДС грунтов оснований и сооружений различного вида (Бугров А. К.,1980; Вялов С. С.,2000; Зарецкий Ю. К.,1988; Иванов П.Л., 1985: Тер-Мартиросян 3. Г., 1979; Улицкий В.М., 1999; Фадеев А. Б., 1982; Федоровский В. Г., 1975; и др.). В результате появилась возможность в создании моделей, которые бы адекватно отражали физику явления и позволяли бы производить количественный и качественный анализ процессов промерзания, морозного пучения и оттаивания, в том числе, и сложных совместных процессов промерзания, морозного пучения и оттаивания в условиях сезонного промерзания грунтов.

Таким образом, разработка новых методов расчёта сооружений в условиях сезонного промерзания морозоопасных пучинистых грунтов, повышающих эксплуатационную надёжность проектируемых и реконструируемых сооружений, является актуальной проблемой в области капитального строительства и эксплуатации сооружений.

Теоретический прогноз негативного влияния таких работ на окружающую среду не может быть выполнен на основе традиционных в механике мерзлых грунтов аналитических решений. Это и предопределило необходимость использования в расчетах нестационарных и физически нелинейных соотношений.

Построение разрешающих уравнений в замкнутой форме при сложной геометрии напластования грунтов, при произвольном температурном воздействии, как в пространстве, так и во времени, изменении граничных условий, использовании нелинейных зависимостей между теплофизическими характеристиками и температурой, возможен в настоящее время только численными методами, и, в частности, с привлечением одного из наиболее развитых и апробированных - метода конечных элементов (МКЭ).

Целью настоящей работы является решение научно-технической проблемы, заключающейся в разработке расчетно-теоретического аппарата с использованием нелинейной механики мерзлых грунтов, позволяющего прогнозировать негативные воздействия сил морозного пучения грунта с учетом многофакторности процесса и на этой основе разрабатывать мероприятия, снижающие или исключающие проявления морозного пучения и оттаивания грунтов, гарантирующие надежность проектируемых зданий и транспортных сооружений, обеспечивая безопасность их эксплуатации.

Для реализации этой цели были проанализированы такие малоучтенные ранее особенности процессов промерзания и оттаивания как: физическая нелинейность, запаздывание распространения температур, особенно в водонасы-щенных грунтах (эффект тепловой завесы), с одной стороны, и увеличение деформаций морозного пучения во времени за счет миграции влаги к фронту промерзания и увеличения объема промерзающего грунта, в том числе с учетом развития морозобойных трещин, с другой стороны.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Разработать методы расчета проектируемых и реконструируемых сооружений в условиях сезонного промерзания-оттаивания морозоопасных пучи-нистых грунтов с учетом фазовых превращений воды в интервале отрицательных температур для нестационарного теплового режима в трехмерном пространстве с учетом миграции влаги от уровня подземных вод к фронту промерзания грунта;

2. Создать методологию расчета оснований для анализа напряженно-деформированного состояния массива грунта как на стадии реконструкции сооружений, подвергшихся процессу морозного пучения и оттаивания, так и на стадии проектирования и производства работ, что позволит проектировщику обосновывать выбор технологий и способов выполнения работ по регулированию этого негативного процесса;

3. Разработать методы, позволяющие прогнозировать глубину промерзания грунтов, величину деформаций морозного пучения и оттаивания сооружений и проектировать адекватные конструктивные мероприятия с учетом этих негативных явлений.

Применение предлагаемых методов расчета и исследования позволит разрабатывать мероприятия, уменьшающие значения неравномерности деформаций сооружений до допустимых значений, и соответственно снижающие материалоёмкость проектируемых конструкций и их трудозатраты. При этом могут быть сокращены сроки строительства и уменьшены стоимость и периодичность производства работ по капитальному ремонту.

Разработка и внедрение программного обеспечения проводились с целью совершенствования предлагаемых методов расчёта и доведения их до реальной проектной практики в наиболее наглядном и доступном виде.

Разработанный метод расчёта применяется для геотехнического обоснования проектирования и усиления оснований, как при новом строительстве, так и при реконструкции.

На защиту выносятся'.

- метод численного решения теплофизических задач с использованием уравнения теплопроводности с учетом фазовых превращений в интервале отрицательных температур для нестационарного теплового режима применительно к трехмерному грунтовому пространству;

- результаты численного моделирования процесса морозного пучения с учетом миграции влаги к фронту промерзания при изменяющемся во времени положении уровня подземных вод;

- полученные закономерности распределения температурных и влажност-ных полей, развития деформаций морозного пучения и оттаивания грунтов при промерзании и оттаивании;

- результаты решения физически нелинейных пространственных задач механики мерзлых грунтов.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Разработана методика расчета температурных полей, позволяющая учитывать вклад в общий баланс теплопотоков за счет миграции влаги, оценка объема которой, выполняется на основании ранее известных экспериментальных данных;

2. Разработан метод расчета осадок при оттаивании грунтов с использованием данных стандартных лабораторных определений и по физическим показателям промороженного грунта для количественной оценки деформаций оснований и сооружений;

3. Разработан метод расчета напряженно-деформированного состояния промерзающих-оттаивающих оснований, позволяющий обосновывать выбор технологии производства работ нулевого цикла при строительстве и реконструкции сооружений;

4. Разработана методика многовариантного совместного геотехнического расчета системы «сооружение-промерзающее пучинистое основание», позволяющая прогнозировать глубину промерзания и оттаивания грунтов, величину деформаций морозного пучения и оттаивания сооружений и проектировать адекватные конструктивные мероприятия с учетом этих негативных явлений.

Достоверность научных результатов. Подтверждается высоким уровнем метрологического обеспечения лабораторных и полевых исследований, выполненных на различных типах грунтов с применением современных методик и приборов; многолетние инструментальные наблюдения на опытных площадках; статистическая обработка результатов исследований; с достаточной для практики сходимостью численных (тестовых) расчетов с имеющимися данными экспериментальных исследований и данными многолетних наблюдений автора проведенных на Тындинской мерзлотной станции, лабораторией «Основания и фундаменты» Дальневосточного государственного университета путей сообщения, лабораторией кафедры "Основания и фундаменты" Архангельского государственного технического университета. Полученные расчетным путем данные имеют расхождения 5-15% с результатами натурных наблюдений.

Практическая значимость результатов исследований. Разработано и внедрено программное обеспечение, реализующее предложенную методику как для новых, а также реконструируемых сооружений. Результаты расчётов по предлагаемому методу нашли своё применение при проектировании и реконструкции целого ряда сооружений, таких как насыпи и выемки железных дорог, опоры контактной сети, жилые дома, промышленные здания и т.п., расположенные в Восточном полигоне сети МПС и в Северо-западном регионе России. Анализ практических решений по строительству и реконструкции сооружений в условиях Восточного полигона сети МПС с использованием численного моделирования позволил выявить и оценить, в том числе и многие факторы, не очевидные и фактически не отражаемые аналитическими методами расчета.

В диссертации приводятся примеры решения практических задач и анализируются эффекты, проявляемые при использовании разработанной модели; дается сравнение с проведенными автором и известными из научно-технической литературы аналитическими и численными решениями с использованием различных моделей грунта, с результатами лабораторных и полевых опытов.

Использование разработанной автором математической модели и метода конечно-элементного расчета процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания грунта в годичном цикле в пространственной постановке обобщает современные достижения в области исследования промерзающих - оттаивающих грунтов; позволяет существенно сократить объем и стоимость полевых работ и лабораторных исследований грунтов при проведении изысканий, повышает надежность технико-экономической оценки проектов нового строительства и реконструкции сооружений на Восточном полигоне сети МПС.

Численное моделирование сооружений позволяет контролировать по этапам процессы изменения температурно-влажностных полей и деформаций и эффективно использовать современные геоматериалы и геотехнологии для снижения или исключения негативных явлений, действующих на фундаменты и грунты основания зданий и сооружений в условиях их сезонного промерзания-оттаивания.

Значительный эффект дала реализация технических решений по реконструкции фундаментов зданий и сооружений с использование теплоизоляционных материалов в сложных климатических условиях. Это позволило уменьшить глубину промерзания грунта у фундаментов зданий и сооружений и, соответственно, снизить деформации морозного пучения. Практическая реализация ре-конструкционных проектов по утеплению грунтов экструзионным пенополи-стиролом на объектах Восточного полигона сети МПС и Северо-Западного региона России дала существенный экономический эффект

Личный вклад автора. Работа обобщает материалы многолетних методологических, теоретических, полевых, лабораторных исследований, выполненных автором по изучению морозоопасных пучинистых грунтов в условиях глубокого сезонного промерзания в рамках фундаментальных, госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских и исследовательско-проектных работ по заказу Министерства путей сообщения и других организаций на кафедрах «Железнодорожный путь, основания и фундаменты» ДВГУПС и «Основания и фундаменты» ПГУПС, «Геотехники» СПГАСУ, ЗАО «НПО «Геореконструк-ция-Фундаментпроект» с 1979 г. по 2004 г. Все теоретические исследования, включая постановку и обоснование цели и задач работы, обоснование методик исследований, интерпретацию и обобщение полученных результатов, болыпинство лабораторных и полевых экспериментов, выполнены автором лично. Часть экспериментов выполнена совместно с сотрудниками Тындинской мерзлотной станции. Личное участие автора подтверждается большим числом публикаций по теме диссертации, более трети, из которых написаны без соавторов, а также результатами апробации на конференциях и симпозиумах.

Основополагающие результаты исследований включены в учебный процесс по подготовке инженеров-строителей в Санкт-Петербургском и Дальневосточном государственных университетах путей сообщения. В рабочую программу курса «Основания и фундаменты» вошёл раздел «Проектирование оснований и фундаментов зданий на пучиноопасных грунтах», который отражен в главе учебника для студентов транспортных ВУЗов "Основания и фундаменты зданий и транспортных сооружений", подготовленного к изданию в 2005 г.

Реализация работы. Лабораторные и натурные исследования и расчеты процессов промерзания, морозного пучения и оттаивания позволили разработать конструкции утепления фундаментов, исключающие деформации морозного пучения и оттаивания при строительстве, реконструкции и эксплуатации наземных конструкций зданий и сооружений: в Хабаровском крае; при строительстве малоэтажных зданий в г. Хабаровске; при строительстве пивоваренного завода в г. Великий Новгород; здания Кронштадской администрации г. Санкт-Петербурга; фундамента ограды Ботанического сада в Санкт-Петербурге; реконструкции здания холодильника по ул. Невельской в г. Санкт-Петербурге и др.

Метод расчета оснований зданий и сооружений в условиях промерзания морозоопасных пучинистых грунтов с разработкой мероприятий, исключающих негативное воздействие сил морозного пучения и оттаивания внедрены на Забайкальской и Дальневосточной железных дорогах. Экономический эффект от внедрения результатов по снижению и устранению сил морозного пучения на сооружениях Дальневосточной железной дороги составил более 2.9 млн. рублей.

Материалы исследований нашли отражение в учебном пособии, рекомендованным Дальневосточным региональным учебном центром для студентов строительных специальностей.

Апробация работы. Результаты исследований автора, являющегося членом Российского общества по механике грунтов, геотехнике и фундаменто-строению (РОМГТиФ), более 50 раз докладывались на региональных, Российских и международных конференциях, часть из которых: «Механизированная безотходная технология возведения свайных фундаментов из свай заводской готовности» (Владивосток, 1986, 1991), «Ускорение научно-технического прогресса в фундаментостроении» (Уфа, 1987), «11 -я Балтийская международная конференция по механике грунтов и фундаментостроению» (Таллин, 1988), «Обеспечение эксплутационной надежности земляного полотна железных дорог» (Санкт-Петербург, 1991), «Geocryological problems of construction in Eastern Russia and Northern China» (Чита, 1998), «2nd Canadian Specialty Conference on Computer Applications in Geotechnique» (Winnipeg, Canada, 2002), «Proceedings of the international coastal geotechnical engineering in practice» (Atyray, Kazakhstan, 2002), «Применение геоматериалов при строительстве и реконструкции транспортных объектов» (Санкт-Петербург, 2002), «Permafrost engineering. Proceeding of the fifth International symposium on permafrost engineering» (Yakutsk, 2002), «Криосфера земли как среда жизнеобеспечения» (Пущино, 2003), «Reconstruction of historical cities and geotechnical engineering» (Санкт-Петербург, 2003), «Каспийская Международная конференции по геоэкологии и геотехнике» (Баку. Азербайджан, 2003), «8th International Conference on Permafrost» (Zurich, Switzerland, 2003), «Extreme Hydrological Events: Theory, Modelling and Forecast» (Moscow, 2003), «9th International Conference on Numerical

Methods in Continuum Mechanics» (Zilina, Slovak Republic, 2003), «Криосфера нефтегазоносных провинций» (Тюмень, 2004), «Международная конференция по проблемам механики грунтов, фундаментостроению и транспортному строительству» (Пермь, 2004), «Международная геотехническая конференция» (Ал-маты, Казахстан, 2004), «The 6th International Symposium on Permafrost Engineering» (Lanzhou, P. R. China, 2004).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 111 работ, в том числе учебное пособие (Хабаровск, 1999) и монография (Санкт-Петербург-Москва, 2004).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и двух приложений. Она имеет объем 344 страницы печатного текста, 142 рисунков, 25 таблиц. Список литературы включает 332 наименования, в том числе 48 на иностранном языке.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ результатов обследования деформированных сооружений (на примере 400 объектов), расположенных на территории Дальневосточного региона Восточного полигона сети МПС, показал, что основными причинами деформаций сооружений являются морозное пучение грунтов оснований (67%) и сверхнормативные осадки слабых оснований сооружений (29%). Причем более четверти объектов деформировалось за счет выпучивания фундаментов касательными силами морозного пучения. Большая часть сооружений (38%) получила повреждения от совместного действия касательных и нормальных сил пучения, а также в результате оттаивания и просадки промороженных оснований.

2. Предложенная математическая модель и метод конечноэлемент-ного расчета процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания грунта в годичном цикле в пространственной постановке, является обобщением современных представлений в области исследования промерзающих-оттаивающих грунтов. Метод расчета включил решение теплотехнической задачи, в результате чего представилось возможным определить температурные и влажностные поля на каждый расчетный момент времени. Установленное расчетом напряженно-деформационное состояние грунтов основания в процессе промерзания и оттаивания позволило оптимизировать реконст-рукционные работы оснований зданий и локализовать опасные участки железнодорожного пути.

3. Основной отличительной особенностью реализованной математической модели является ее комплексность, то есть учет основных факторов, влияющих на процессы промерзания-оттаивания, а именно:

3.1. Процессов промерзания и оттаивания грунтов определяющихся с учетом фазовых превращений воды. В качестве функции зависимости коэффициента содержания незамерзшей воды Кш в промерзающих грунтах была принята параболическая функция, аппроксимирующая связь между отрицательной температурой грунта и .

3.2. Миграции влаги к фронту промерзания в случае высокого положения уровня подземных вод. К предзимней влажности добавляется миграционная влажность, как функция интенсивности миграционного подтока (д При этом УПВ в течение периода промерзания принят переменным.

3.3. Скорости промерзания и оттаивания грунта, которые определяются теплофизическими свойствами промерзающего-оттаивающего основания и граничными условиями четырех видов (температурой грунта на поверхности; заданным тепловым потоком внутри грунта; конвективным теплообменом с окружающей средой; тепловым потоком на границах рассматриваемой области грунта).

4. Предложенная методика расчета напряженно-деформированного состояния промерзающего-оттаивающего грунта учитывает увеличение объема грунта при промерзании за счет следующих факторов: замерзания предзимней влаги, первоначально находящейся в его порах; замерзания влаги, мигрирующей в промерзающую область грунта; образования морозобойных трещин. При этом деформации морозного пучения определяются с учетом скорости перемещения фронта промерзания и действующего давления на грунт.

5. Численные и натурные (лабораторные и полевые) эксперименты позволили подтвердить важные закономерности процессов промерзания-оттаивания грунтов:

5.1. Для промерзающего грунта характерна повышенная влажность в верхней части и пониженная в нижней части. Увеличение средней влажности образца свидетельствует о миграции влаги к фронту промерзания.

5.2. Грунт, испытавший морозное пучение без внешней нагрузки, при оттаивании возвращается в первоначальное положение и принимает объем, который имел до начала процесса промерзания. Под нагрузкой деформации оттаивания больше, чем деформации морозного пучения.

5.3. Рост нормальных сил морозного пучения во времени в условиях закрытой системы зависит от скорости промерзания грунта и скорости миграции влаги к фронту промерзания. Это подтверждает выводы, полученные ранее опытным путем Н.Н.Морарескул и В.О. Орловым.

5.4. Подтверждено, что для анкерных фундаментов касательные силы морозного пучения развиваются преимущественно в верхней трети глубины промерзания. Нормальные напряжения от сил морозного пучения возрастают во времени, причем максимальные значения соответствуют участкам, ближайшим к телу анкера, минимальные - краю анкерной плиты. Подтверждены закономерности установленные натурными экспериментами.

6. Установлено, что результаты численного моделирования и натурных экспериментов адекватны друг другу. Это подтверждает достоверность предлагаемого метода расчета промерзающих-оттаивающих грунтов. Реализованная математическая модель промерзающего-оттаивающего грунта позволила решить ряд практических задач, аналоги, по решению которых отсутствуют.

7. На основе реализации математической модели дан прогноз глубины промерзания грунтов, величины деформаций морозного пучения и оттаивания широкого круга инженерных сооружений.

8. Разработанное программное обеспечение позволяет широкий решать комплекс задач при реконструкции искусственно промороженных оснований промышленных холодильников, контролировать ход оттаивания, в том числе с учетом экзотермии введенного в толщу основания твердеющего цементного раствора, оценивать последующий разогрев основания за счет экзотермии твердеющего раствора и устанавливать НДС системы «основание — фундамент - здание» на любой промежуток времени.

9. Результаты расчетов позволяют прогнозировать неравномерность деформаций железнодорожных сооружений, и на этой основе разрабатывать мероприятия по снижению опасных деформаций. Вариантные расчеты локализуют опасные участки, что уменьшает материалоёмкость проектируемых конструкций и их трудозатраты с сокращением сроков строительства, стоимости и периодичности производства работ по капитальному ремонту.

10. Система поэтапного контроля процессов изменения температурных полей и деформаций дала возможность более эффективно использования современных геоматериалов и геотехнологий.

11. Исследования показали, что использование теплоизоляционных материалов при самых неблагоприятных климатических условиях позволяет резко уменьшить глубину промерзания и регулировать ее до безопасного уровня. При этом необходимо в каждом конкретном случае делать геотехническое обоснование пучиноопасного участка и на основе полученного регламента вести последующий мониторинг.

1. Алаев Г.С. О мероприятиях по обеспечению устойчивости опор контактной сети в условиях западной части Дальневосточной железной дороги. Тр. ХабИИЖТа, 1964, вып. XVII, с.147-158.

2. Алексеев С.И. Исследование взаимодействия трубопроводов орошения с промерзающими грунтами. Диссертация кандидата технических наук. Ленинград, ЛИСИ, 1979. 201 с.

3. Ананян A.A. Кристаллизация воды в замерзающих и мерзлых горных породах // Современные представления о связанной воде в породах. М.: Изд-во АН СССР, 1963. - С. 59-63.

4. Ананян A.A. Содержание незамерзшей воды в мерзлом тяжелом суглинке в интервале температур от -0,6 до -40 -60°С // Мерзлотные исследования. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - Вып. 10.-С. 267-270.

5. Ананян A.A., Голованова Г.Ф., Волкова Е.В. Исследование фазового состава воды в мерзлой бентонитовой глине и суглинке методом спин-эхо на импульсном ЯМР — спектрометре // Мерзлотные исследования. М.: Изд-во МГУ, 1976. - Вып. 15. - С. 182-186.

6. Ананян A.A. О понижении температуры замерзания тонкодисперсных горных пород и почв//Мерзлотные исследования. М.: Изд-во МГУ, 1982. Вып. 20. С. 152-156.

7. Андрианов П.И. Температура замерзания грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1936. 16 с.

8. Андрианов П.И. Связанная вода почв и грунтов // Труды Института мерзлотоведения АН СССР. М.-Л: Изд-во АН СССР, 1946. Т.З. 138 с.

9. Аппак П.Е. Гражданское строительство в условиях вечной мерзлоты. Часть I. Свободный: Управление Амурского железнодорожного лагеря НКВД, 1940. 123 с.

10. Ю.Бакакин В. П. Опыт управления теплообменом деятельного слоя мерзлых горных пород в целях повышения эффективности их разработки. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 128 с.

11. Бакулин Ф.Г., Жуков В.Ф. Деформация мерзлых дисперсных грунтов при оттаивании// Изв. АН СССР. 1955. № 7. С.86-117.

12. Балобаев В. Т. Процессы теплообмена на поверхности обнаженных мерзлых мелкозернистых грунтов при послойном оттаивании. — Сб. Тепло-массообмен в мерзлых толщах земной коры. М., Изд-во АН СССР, 1961, С.25-43.

13. Балобаев В. Т. Основные закономерности глубокого промерзания земной коры. В кн.: Проблемы геокриологии. Новосибирск: Наука, 1973, с. 26-36.

14. Балобаев В.Т. Реконструкция палеоклимата по современным геотермическим данным. Тр. III Междунар. конф. по мерзлотоведению. Т. I. Канада, 1978, с. 11-14.

15. Барер С.С., Дерягин Б.В., Киселева O.A. и др. Исследование тонких прослоек жидкости между льдом и поверхностью кварцевых капилляров // Коллоидный журнал. 1977. - Т. 39. - №6.-С. 1039-1044.

16. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М., Стройиздат, 1982 477с.

17. Бесков Г. Промерзание и пучины. Сборник трудов №19. ДОРНИИ. М.: 1939. С. 6-17.

18. Блох A.M. Структура воды и геологические процессы. М.: Недра, 1969. -216 с.

19. Богданов Н.С. Вечная мерзлота и сооружения на ней. Изд-во Особой высшей комиссии для всестороннего исследования железнодорожного дела в России, вып.ЗЗ. СПб., 1912. 220 с.

20. Боженова А.П. Значение осмотических сил в процессе миграции влаги// Материлы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов. Сб.З. М.: Изд-во АН СССР, 1957. С. 129-141.

21. Бокий Г.Б. Кристаллические соображения о поведении воды в мерзлых глинистых грунтах. Вести. Моск. ун-та. Сер. геол. -1961. № 1. С. 15-21.

22. Борозинец В.Е., Фельдман Г.М. Вакуумно-фильтрационный механизм образования мощных шлиров льдаУ/Проблемы криотологии. 1981. Вып. IX. С.165-178.

23. Бредюк Г.П. Комплексная схема процессов пучения глинистых грунтов при промерзании и осадки их при протаивании. Тр. НИИЖТа, 1972, вып. 133, с. 115-121.

24. Бровка Г.П. Тепло- и массоперенос в природных дисперсных системах при промерзании. Минск: Наука и техника, 1991. 192 с.

25. Бугров А. К. О влиянии траектории нагружения на напряжённо-деформированное состояние основания // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1980. №2.- С. 24-26.

26. Бугров А. К., Сипидин В. П., Нарбут Р. М. К вопросу о расчёте оснований . сооружений // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1984. №4. -С. 27-28.

27. Бугров А. К., Исаков А. А. Расчёты упругопластических оснований и проектирование фундаментов на них // Исследование и расчёты оснований и фундаментов в нелинейной стадии работы. Межвузовский сборник НПИ. -Новочеркасск, 1986. С. 18-25.

28. Бугров А. К., Нарбут Р. М.} Сипидин В. П. Исследование грунта в условиях трёхосного сжатия. JL: Стройиздат, 1987. 184 с.

29. Бучко H.A. Исследование нестационарного теплообмена при использовании холода в строительстве: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Л.: ЛГИХП, 1977. 54 с.

30. Быков Н.И., Каптерев П.Н. Вечная мерзлота и строительство на ней. М.: Трансжелдориздат, 1940. 371 с.

31. Васильев Б. Д. Основания и фундаменты. ОНТИ. Главная редакция строительной литературы. JI.-M., 1937. 596 с.

32. Воейков А. И. Кругооборот тепла в оболочке земного шара. Спб., 1904. Переизд. 1 кн.: Избр. соч. Т. III. M.: Изд-во АН СССР, 1952, с. 186-214.

33. Войслав С.Г. О новейших исследованиях причин пучения железнодорожного полотна и о мерах к их устранению. Известия Совещание Инженеров Путей Сообщения, том XI, 1 -24, Санкт-Петербург. 1891. С. 3-26.

34. Вотяков Н.И. Физико-механические свойства грунтов Якутии. Новосибирск: Наука, 1975. 175 с.

35. Временные технические условия на проектирование земляного полотна железнодорожной линии Улак-Эльга с сохранением мерзлотного состояния грунтов основания. М. Департамент пути МПС РФ. 2001. 52 с.

36. Втюрина Е.А., Втюрин Б.И. Льдообразование в горных породах. М.: Наука, 1970. 280 с.

37. Вялов С.С. Реологические свойства и несущая способность мерзлых грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1959. 188 с.

38. Вялов С.С. Реология мерзлых грунтов. М.: Стройиздат. 2000. 463 с.

39. Гаврильев Р.И., Елисеев C.B. Теплофизические свойства мха и торфа // Методы определения тепловых свойств горных пород. М.: Наука, 1970. -С. 139-153.

40. Гаврильев Р.И., Никифоров ИД., Гулая ОД. Некоторые особенности тепловых свойств грунтов восточной части трассы БАМа // Инженерные исследования мерзлых грунтов. Новосибирск: Наука, 1981. С. 5-22.

41. Гаврильев Р.И. Обобщение взаимосвязи тепловых и физических свойств различных типов грунтов и торфяников // Мерзлые грунты при инженерных воздействиях. Новосибирск: Наука, 1984.- С. 14-28.

42. Гаврильев Р.И. Теплофизические свойства горных пород и напочвенных покровов криолитозоны. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998. - 280 с.

43. Гвоздев A.A. Температурно-усадочные деформации в массивных бетонных блоках. Изв. АН СССР. 1953. № 4. С. 18-26.

44. Герсеванов Н. М. Собрание сочинений, т. 2. М.: Стройиздат, 1948. 375 с.

45. Глобус A.M. Физика неизотермического внутрипочвенного влагообмена. -Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 279 с.

46. Голли О.Р. Интегральные закономерности морозного пучения грунтов и их использование при решении инженерных задач в строительстве. Автореф. дис. докт. техн. наук. Санкт-Петербург. 2000. 46 с.

47. Голубев А. В. Измерение и регистрация температуры в грунтах с помощью термоэлементов. М.: Наука, 1964. 147с.

48. Гольдштейн М.Н. Деформации земляного полотна и оснований сооружений при промерзании и оттаивании. М.: Трансжелдориздат, 1948. 212 с.

49. Горяинов Г.Ф. О нормативной глубине промерзания грунтов на Дальнем Востоке/Юснования и фундаменты и механика грунтов. — 1973. — С. 7.-10.

50. ГОСТ 19706-74. Грунты. Методы лабораторного определения коэффициентов оттаивания и сжимаемости при оттаивании мерзлых грунтов. М.: Изд-во стандартов, 1974.- 6с.

51. ГОСТ 262-84. Методы полевого определения сезонного оттаивания. М.: Госстандарт, 1984. 10 с.

52. ГОСТ 28622-90. Грунты. Метод лабораторного определения степени пучинистости. -М.: Госстандарт, 1990. 10 с.

53. Гравис Г.Ф. Морозобойное растрескивание грунтов и образование гумусовых потеков//Многолетнемерзлые породы и сопутствующие им явления на территории Якутской АССР. М.: Наука, 1962. С.79-88.

54. Гречищев С.Е., Чистотинов JI.B., Шур Ю.Л. Криогенные физико-геологические процессы и их прогноз. М.: Недра. 1980. 382 с.

55. Давидочкин А.Н. Полевая оценка льдистости и просадочности мерзлых глинистых грунтов//Тр. совещ. По инженерно-геологическим свойствам горных пород и методам их изучения. 1957. Т.Н. С. 249-254.

56. Давидсон М.Г., Далматов Б.И. Деформации зданий и меры их предупреждения (применительно к зимним условиям). Л.: Лен. Отделение Госстройиздата. 1958. 207 с.

57. Далматов Б.И. Исследование касательных сил пучения и влияния их фундаменты сооружений. М.: Изд-во АН СССР, 1954. 60 с.

58. Далматов Б.И. Воздействие морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений. Л., Госстройиздат, 1957. 60 с.

59. Далматов Б.И., Ласточкин B.C. Искусственное засоление грунтов в строительстве. Л.: Стройиздат Лен. отделение. 1966. 132 с.

60. Далматов Б.И., Ласточкин B.C. Устройство газопроводов в пучинистых грунтах. Л., Недра, 1978. 199 с.67.

61. Дашко Р. Э. Механика горных пород. Учебник для вузов. М.: Недра. 1987.-246 с.

62. Дерягин Б. В., Чураев Н. В., Овчаренко Ф. Д. и др. Вода в дисперсных системах. М.: Химия, 1989.—288 с.

63. Дерягин Б.В., Чураев H.B. Вода в дисперсной среде. М.: Химия, 1989. 101 с. Королев В.А., Злочевская Р.И. Взаимосвязь форм влаги и физико-химических свойств дисперсных грунтов. М.: Наука, 1991. С. 35-56.

64. Дидух Б. И. Упругопластическое деформирование грунтов: Монография. -М.: Изд-во УДН, 1987. 166 с.

65. Докучаев В. В. Расчет фундаментов на вечномерзлых грунтах по предельным состояниям. Л.: Изд-во литературы по строительству, 1968. 120 с.

66. Достовалов Б.Н. Связанная и рыхлосвязанная ее структура, фазовые переходы и влияние на физические свойства дисперсных влажных сред// Мерзлотные исследования. М.: Изд-во МГУ, 1971. Вып. XI.С.57-74.

67. Достовалов Б.Н., Кудрявцев В.А. Общее мерзлотоведение. М.: Изд-во МГУ, 1967.-403с.

68. Дубина М.М. Термомеханическое взаимодействие мерзлых пород с подземными сооружениями. Автореф. дисс. д-ра геол.-мин. Наук. Якутск, 1991.32 с.

69. Дубнов Ю.Д. Лабораторные исследования касательных сил пучения// Тр. ВНИИтрансстроя. Вып. 62. М.: Транспорт, 1967. С.61-73.

70. Думанский A.B. Лиофильность дисперсных систем. Киев. Изд-во АН УССР, 1960. 212 с.

71. Дыдышко П. И. Криогенные деформации земляного полотна и его стабилизация на основе управления тепломассопереносом: Дис. д-ра техн. наук. М., 1995.-461 с.

72. Егерев К.Е. Электрический метод определения касательных реакций, распределенных по бооквой поверхности вмороженной сваи// Тр. ин-та мерзлотоведения. T.XIV. Якутск: Изд-во АН СССР, 1958. С. 10-39.

73. Ершов Э.Д. Акимов Ю.П., Чеверев В.Г., Кучуков Э.З. Фазовый состав влаги в мерзлых породах. М.: Изд-во МГУ, 1979. 190 с.

74. Ершов Э.Д. Влагопернос и криогенные структуры в дисперсных породах. М.: Изд-во МГУ, 1979. 214 с.

75. Ершов Э.Д. Общая геокриология. М.: Недра, 1990. 559 е.;

76. Ершов Э.Д. Физико-химия и механика мерзлых пород. М.: Изд-во МГУ, 1986.332 с.

77. Жуков В.Ф. Морозобойные трещины в районах вечной мерзлоты//Тр. Инта мерзлотоведения. Т.4. Якутск: Изд-во АН СССР, 1944. С. 226-229.83.3аварзина М.В. Строительная климатология. JI., Гидрометиоиздат, 1976. 176 с.

78. Иванов Н.С., Гаврильев Р.И. Теплофизические свойства мерзлых горных пород. М.: Наука, 1965.-75 с.

79. Иванов Н.С. Тепло- и массоперенос в мерзлых горных породах. М.: Наука, 1969. -240с.

80. Иванов П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений. М.: Высш. шк., 1985.-352 с.

81. Ильичев В. А. Основные задачи механики грунтов в ускорении технического прогресса //Основания, фундаменты и механика грунтов. 1987. №6. с. 4-5.

82. Ионг Р. Исследование основных свойств и характеристик мерзлых грунтов. Перевод ВИНИТИ № 43091/4. М., 1964. - 32 с.

83. Каплина Т.Н., Зайцев В.Н. О некоторых закономерностях современного роста повторно-жильных льдов на Колымской низменности//Тр. ПНИИС. М., 1975. Вып. 36. С. 108-113.

84. Карлов В.Д. Исследование потенциала влагопереноса в неводонасыщенном грунте. Механика грунтов, основания и фундаменты. Сб. докл. XXVII научн. конф. ЛИСИ. Л. 1968, с.41-44.

85. Карлов В.Д. Основания и фундаменты в районах распространения вечномерзлых грунтов.- М. СПб.: Изд-во АСВ, 1997. - 176 с.

86. Карлов В.Д. Сезоннопромерзающие грунты как основания сооружений: Дис. д-ра техн. наук. СПб., 1998. - 320с.

87. Карлов В.Д. Принципы проектирования фундаментов при использовании в основаниях сооружений сезоннопромерзающих грунтов // Геотехника. Наука и практика: Сб. науч. тр. СПб.: СПбГАСУ, 2000. - С. 15-24.

88. Карлов В.Д. К вопросу о пучинистости крупнообломочных грунтов при промерзании. Основания и фундаменты: Теория и практика. Межвузовский тематический сборник трудов. СПбГАСУ. Санкт-Петербург, 2004. С.140-143.

89. Карпов В.М. Исследование морозного пучения грунтов при неполном их водонасыщении. Научн. Тр. ЛИСИ. Л., 1962, вып. 37. с. 42-55.

90. Карслоу X, Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М., Наука, 1964. 537 с.

91. Киселев М.Ф. Мероприятия против деформации зданий и сооружений от воздействия сил морозного выпучивания фундаментов. М.: Стройиздат, 1971.79 е.;

92. Киселев М.Ф. Морозное пучение и мероприятия по уменьшению деформаций фундаментов в пучинистых грунтах. Мероприятия против морозного пучения грунтов и его вредного влияния на фундаменты. Сб. №52. М., 1963. с. 5-41.

93. Киселев М.Ф. Способ определения относительного сжатия мерзлых грунтов при оттаивании под нагрузками по простейшим физическим характеристикам//Деформации оснований при замерзании и оттаивании грунтов. М.: Госстройиздат. 1952. Вып. 19. С.3-12.

94. Киселев М.Ф.Теория сжимаемости оттаивающих грунтов под давлением. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1978. 176 с.

95. Климат Хабаровска/ под ред. Ц.А. Швер.- М.: Гидрометиоиздат, 1981. — 85 с.

96. Комаров И.А. Сублимационный метод определения фазового состава влаги в мерзлых породах// Методика инженерно-геологическихисследований и картирования области вечной мерзлоты. Якутск, 1977. Вып. 3. С.21-22.

97. Комаров И.А. Термодинамика и тепломассообмен в дисперсных мерзлых породах. М.: Научный мир. 2003. - 608 с.

98. Коннова О.С. К методике определения теплоемкости мерзлых грунтов // Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1953. Вып. 1. - С.65-77.

99. Коннор Дж., Бреббиа К. Метод конечных элементов в механике жидкости. Пер. с англ. Д.: Судостроение, 1979. - 264 с.

100. Конюшенко А.Г., Анисимова Л.Г. Об увеличении объема пор в грунте при замерзании в нем влаги. Строительство в районах Восточной Сибири и Крайнего Севера. Выпуск 43. 1977. С.78-82.

101. Кроник Я.А. Термомеханические модели мерзлых грунтов и криогенных процессов. В кн.: Реология грунтов и инженерное мерзлотоведение. М.: Наука, 1982. С. 200-211.

102. Кроник Я.А., Демин И.И. Расчеты температурных полей и напряженно-деформированного состояния грунтовых сооружений методом конечных элементов. МИСИ. М.: 1982. 102 с.

103. Крылов М. М. К теплотехническому анализу промерзания грунтов. -Вестн. Инж. и техн., 1934, №10, с. 24-32.

104. Кудрявцев В. А. Температура верхних горизонтов вечномерзлой толщи в пределах СССР. Л.: Изд-во АН СССР, 1954. 153 с.

105. Кудрявцев В.А., Меламед В. Т. Новая формула расчета глубины сезонного промерзания грунтов (в случае равных теплофизических характеристик талого и мерзлого грунтов). Мерзлотные исследования. Выпуск II. Изд-во МГУ, 1961, с. 3-17.

106. Кудрявцев В.А., Меламед В. Т. Формула расчета глубины сезонного промерзания грунтов (в случае неравных теплофизических характеристикталого и мерзлого грунтов. Мерзлотные исследования. Выпуск III. Изд-во МГУ, 1963, с. 3-9.

107. Кудрявцев В.А., Гарагуля JI.C., Кондратьева К.А., Меламед В.Г. Основы мерзлотного прогноза при инженерно-геологических изысканиях. М.: Изд-во МГУ, 1974. 431 с.

108. Кудрявцев С.А., Тюрин И.М. Теория и практика проектирования фундаментов зданий и сооружений в пучиноопасных грунтах Дальнего Востока: Учебное пособие. Хабаровск: ДВГУПС, 1999. - 83 с.

109. Кудрявцев С.А. Проблемы реконструкции насыпей железных дорог в условиях сурового климата. Интернет-журнал: www.georec.spb.ru. Реконструкция городов и геотехническое строительство № 5. М.-СПб, Изд-во АСВ, 2003. С. 121-127с.

110. Кудрявцев С.А. Численные исследования теплофизических процессов в сезонномерзлых грунтах. Криосфера Земли. №4. Том VII, 2003. С. 76-81.

111. Кудрявцев С.А. Геотехнологии в реконструкции земляного полотна. Путь и путевое хозяйство. М.: №2. 2004. 23-24.

112. Кудрявцев С.А., Юсупов С.Н. Исследование распределения температурных полей в насыпи на участке Забайкальской железной дороги. Вопросы надежности пути в условиях сурового климата. Межвуз. сб. научн. трудов. ДВГУПС. Хабаровск:, 2004. С. 27-32.

113. Кульчицкий В.А., Макагонов В.А., Васильев Н.Б., Чеков А.Н., Романков Н.И. Аэродромные покрытия. Современный взгляд. М.: Физико-математическая литература, 2002. — 528 с.

114. Лавров С.А. Процессы тепло-влагопереноса в почвенно-грунтовой толще и снежном покрове. Автореф. дисс. докт техн. наук. СПб, 2000. 40с.

115. Лапкин Г.И. Расчет осадок сооружений на оттаивающих вечномерзлых грунтах на основе опытов с естественными образцами, проведенных в лабораторных условиях. /Бюл. Союзтранспроекта, 1938, №12. 12 с.

116. Ларионов А.К., Алексеев В.М., Липсон Г.А. Влажность грунтов и современные методы ее определения. М.: Госгеолтехиздат, 1962. - 134 с.

117. Лебедев А.Ф. Передвижение воды в почвах и грунтах// Изв. Донского ин-та. 1919. Т.3.220 с.

118. Ливеровский A.B., Морозов К.Д., Строительство в условиях вечной мерзлоты. — М. J1.: Стройиздат, 1941. 243 с.

119. Ливеровский A.B. Земляное полотно. Л.:Трансжелдориздат, 1951. 257с.

120. Литвинова Т.А. Фазовый состав воды строительных материалов при отрицательных температурах // Успехи строительной физики в СССР. -М., 1967. Вып. 3. - С. 38-46.

121. Лоу Ф.Ф. Физическая химия взаимодействия воды с глинами // Термодинамика почвенной влаги. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. - С. 372430.

122. Лукьянов В. С., Головко М. Д. Расчет глубины промерзания грунтов. М., Трансжелдориздат, 1957, 165 с.

123. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Гостехиздат,, 1952. 392 с.

124. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1968. 599 с.

125. Любимов Л.Н. Пучины на железных дорогах и меры к их устранению. Сборник Института инженеров путей сообщения. Вып.41. СПб. 1897. 36с.

126. Магомедгаджиева М. А. Методика исследования и закономерности формирования влагопроводных свойств промерзающих грунтов: Дис. канд. геол.-минерал, наук. МГУ.- 1998. 154 с.

127. Мазуров Г.П. Физико-механические свойства мерзлых грунтов. Л., Стройиздат, 1975. 215 с.

128. Морарескул H.H. Исследование нормальных сил морозного пучения.

129. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.1. Л. 1949. 257 с.

130. Мотенко Р.Г. Теплофизические свойства и фазовый состав влаги мерзлых засоленных дисперсных пород: Автореф. Дис. канд. геол.-минерал. наук. М., 1997. 24 с.

131. Невзоров A.JL Фундаменты на сезоннопромерзающих грунтах. Учебное пособие/М. Изд. АСВ, 2000, 152 с.

132. Невзоров A.JI. Обеспечение устойчивого функционирования системы «основание-техногенная среда» в сложных инженерно-геологических условиях. Автореф. дисс. д-ра техн. наук. JL, 2004. 41 с.

133. Нерпин C.B., Чудновский А.Ф. Физика почвы. М.: Наука, 1967. 583 с.

134. Нерсесова З.А. Фазовый состав воды при замерзании и оттаивании грунтов // Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых фунтов. -М.: Изд-во АН СССР, 1953. Вып. 1. - С. 37-51.

135. Нерсесова З.А., Цытович H.A. Незамерзшая вода в мерзлых грунтах // Доклады на Международной конференции по мерзлотоведению. Секция 4. Фазовые равновесия и превращения. М.: Изд-во АН СССР, 1963. - С. 6270.

136. Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. М.: Мир, 1976.-708 с.

137. Орлов В.О. Криогенное пучение тонкодисперсных грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 188 с.

138. Орлов В.О., Дубнов Ю.Д., Меренков Н.Д. Морозное пучение промерзающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений. JL: Стройиздат. Ленингр. от-ние, 1977. 183 с.

139. Орлов В.О., Елгин Б.Б., Железняк И.И. Морозное пучение грунтов в расчетах оснований сооружений. Новосибирск: Наука, 1987. - 136 с.

140. Орлов В.О., Железняк И.И., Филиппов В. Д., Фурсов В.В. Морозоопасные грунты как основания сооружений. Новосибирск: Наука. Сиб отд-ние, 1992. 168 с.

141. Основания, фундаменты и подземные сооружения /М. И. Горбунов-Посадов, В. А. Ильичев, В. И. Крутов и др.; Под общ. ред. Е. А. Сорочана и Ю. Г. Трофименкова. М.: Стройиздат, 1985. - 480 с. - (Справочник проектировщика).

142. Основы геокриологии (мерзлотоведения). Ч. 1. Общая геокриология/под ред. Салтыкова Н.И. М.: Изд-во АН СССР. - 1959. -459 с.

143. Основы геокриологии (мерзлотоведения). Ч. 2. Инженерная гекриология/под ред. Швецова Н.Ф. и Достовалова Б.Н. М.: Изд-во АН СССР. - 1959.-367 с.

144. Основы геокриологии. 4.5. Инженерная геокриология/ Под ред. Э.Д. Ершова. М.: Изд-во МГУ, 1999. - 526 с.

145. Павлов А. В. Теплообмен почвы с атмосферой в северных и умеренных широтах территории СССР. Якутск, 1975. 302 с.

146. Павлов A.B. Теплообмен промерзающих и протаивающих грунтов с атмосферой. М.: Изд-во АН СССР, 1965. 256 с.

147. Паталеев A.B. Фундаменты в пучинистых грунтах. Хабаровское книжное изд-во. 1955. 86 с.

148. Паталеев A.B. Гидроизоляция фундаментов на Дальнем Востоке. Хабаровское, книжное изд-во. Хабаровск, 1957. 87с.

149. Паталеев A.B., Алаев Г.С. Величина сил выпучивания в Хабаровске.-Основания, фундаменты и механика грунтов, 1965, № 6. С.24-26.

150. Паталеев A.B. Результаты наблюдений за развитием морозобойных трещин при сезонном промерзании грунтов в районе Хабаровска//Устойчивость железнодорожных сооружений в условиях мерзлотных явлений. Хабаровск, ХабИИЖТ. 1966. Вып. 57. С.21-27.

151. Перетрухин H.A. Сила морозного выпучивания фундаментов. Тр. ВНИИтрансстроя. Вып. 62. М.: Транспорт, 1967. С.25-54.

152. Перетрухин H.A. Закономерности взаимодействия пучинистых грунтовс фундаментами сооружений в районах вечной мерзлоты: Автореф. дисдокт. техн. наук. М., 1971. - 29 с.

153. Плотников A.A. Расчет температурного режима вечномерзлых оснований. — Энерг. стр-во, 1978, № 8, с. 70-73.

154. Плотников A.A. Функциональные предпосылки и теплофизические возможности частичной застройки проветриваемого подполья северного жилого дома: Автореф. дис. канд. техн. наук. М.: МИСИ, 1978. 22 с.

155. Полянкин Г.Н. Исследование совместной работы основания и фундамента в промерзающих пучинистых грунтах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. НИИЖТ. Новосибирск, 1982. 130 с.

156. Пономарев В.П. Пучины на железных дорогах и методы борьбы с ними. Транс, желдор. изд-во. М.; 1952. 256 с.

157. Порхаев Г. В. Теплофизические основы управления взаимодействия сооружений с мерзлым грунтом.— В кн.: Основы геокриологии. М.: Изд-во АН СССР, 1959, ч. 2, с. 80—117.

158. Порхаев Г.В., Фельдман Г.М., Федорович Д.И. Теплофизика промерзающих и протаивающих грунтов. М.: Наука, 1964. 197 с.

159. Порхаев Г. В. Тепловое взаимодействие зданий и сооружений с вечномерзлыми грунтами. М.: Наука, 1970. 208 с.

160. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83, 1986.

161. Прагер В. Введение в механику сплошной среды. М., Изд-во иностранной литературы, 1963. 312 с.

162. Примак В.А., Полевиченко А.Г. Исследование характера промерзания земляного полотна при наличии шлакового покрытия. Вопросы пути и устойчивости транспортных сооружений. Труды ХабИИЖТ. Выпуск 28. Изд-во Транспорт. Москва. 1967. С. 20-25.

163. Прогрессивные типы фундаментов в условиях Восточной Сибири и Дальнего Востока и пути их внедрения в производство: Сб. тезисов докл. к первому регион, коорд. совещ,-семинару, 20-22 сентября 1988 г. -Владивосток: ДальНИИС, 1988. 254 с.

164. Пузаков H.A. Проектирование и возведение земляного полотна железных и автомобильных дорог. Теоретические основы накопления влаги в дорожном полотне и их практическое применение. Изд-во Академии наук СССР, 1950. 48 с.

165. Пузаков H.A. Вводно-тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог. М.: Автотрансиздат, 1960. 168 с.

166. Пусков В.И. Фундаменты железнодорожных сооружений на основаниях из мерзлых грунтов. Новосибирск: Изд-во НИИЖТ, 1972, 123 с.

167. Пусков В.И., Крицкий М.Я., Мельников И.А. Морозное пучение компрессионно нагруженных образцов фунта // Инж.-геол. условия, основания и фундаменты транспортных сооружений в Сибири: Межвуз. сб. науч. тр. Новосибирск: НИИЖТ. 1991. - С.76-84.

168. Пусков В.И. Силовые воздействия морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений и методы их расчета: Автореф. дис. д-ра техн. наук. М.:НИИОСП, 1993. -38с.

169. Пусков В.И. Взаимодействие сезоннопромерзающих грунтов с фундаментами сооружений в рамках механики морозного пучения // Геотехника. Наука и практика: Сб. науч. тр.- СПб.: СПбГАСУ, 2000. С. 28-34.

170. Пчелинцев A.M. Строение и физико-механические свойства мерзлых грунтов. М.: Наука, 1964. 158 с.

171. Райтбурд Ц.М. О природе прочносвязанной воды глин // Физические методы исследования минералов. М.: Наука, 1966. - С. 232-243.

172. Расчетные климатические характеристики для проектирования зданий и сооружений на Дальнем Востоке (дополнение к СНиП, ч.П) под ред. A.B. Стоценко. Владивосток: ДальНИИС, 1960. - 160 с.

173. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник/ Меченков В. П., Майборода В. П. и др.; Под общ. ред. МеченковаВ. П. М.: Машиностроение, 1989. - 520 с.

174. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур. М. Наука, 1966.316 с.

175. Рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов напучинистых грунтах/НИИОСП.-М.: 1985. 60 с.

176. Роман JI.T. Физико-механические свойства мерзлых и торфяных грунтов. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1981. 134 с.

177. Роман JI.T. Мерзлые торфяные грунты как основания сооружений. Новосибирск: Изд-во АН СССР, 1987. 220 е.;

178. Роман JI.T. Механика мерзлых грунтов. М.: МАИК «Наука/ Интерпериодика», 2002. 426 с.

179. РСН 67-87. Инженерные изыскания для строительства. Составление прогноза изменений температурного режима вечномерзлых грунтов численными методами. М.: Госстрой РСФСР, 1987.80 с.

180. Романовский H.H. Закономерности формирования полигонально-жильных структур на основе морозобойного растрескивания: Автореф. дис. . д-ра геол.-минерал. наук. М., 1975, 42 с.

181. Сажин B.C. Взаимодействие пучинистого грунта с фундаментами, работающими совместно с конструкциями сооружений: Автореф. дис. д-ра техн. наук. 1989. - 39с.

182. Сажин B.C., Зарубаев JI.M. Экспериментальные исследования сил пучения, действующих на забивные блоки // Тр. IV Междунар. конф. по проблемам свайного фундаментостроения, Ч.П.- Пермь: ПГТУ, 1994. С. 79-81.

183. Салтыков Н. И. Канализация в условиях вечной Крайнего Севера Европейской части СССР. М., Изд-во АН СССР, 1944 . 157 с.

184. Сахаров И.И. Физиком еханика криопроцесса в грунтах и ее приложения при оценке деформаций зданий и сооружений. Автореф. дисс. докт. техн. наук. Пермь. 1995. 44 с.

185. Свиньин В. Деформации зданий и сооружений под действием пучащегося грунта. Инженерный журнал. № 10. СПб. 1912.С. 12-26.

186. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М., Мир. 1979. 392 с.

187. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений/ Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1985. 40 с.

188. СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах/Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. 56 с.

189. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. — М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2000, 57 с.

190. СНиП И-3-79*. Строительная теплотехника. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2000, 29 с.

191. Сотников С. Н. Строительство и реконструкция фундаментов зданий и сооружений на слабых грунтах. Автореф. дисс.д-ра техн. наук. М.: МИСИ, 1987. - 50 с.

192. Справочник по климату, вып. 25. Хабаровский край и Амурская область. Метрологические данные за отдельные годы. 4.8. Температура почвы. Под ред. Л.Б.Морозова. Л., Гидрометиоиздат, 1972. 483 с.

193. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Под ред. КХЯ.Велли, В.И.Докучаева, Н.Ф.Федорова. Л., Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1977, 552 с.

194. Стоянович Г.М. Прочность и деформативность железнодорожного земляного полотна при повышенной вибродинамической нагрузке в упругопластической стадии работы грунтов. Автореф. дисс. докт. техн. наук. СПб. 2002,46с.

195. Сумгин М.И. Вечная мерзлота почвы в пределах СССР. Владивосток, 1927. 379 с.

196. Сумгин М.И. Физико-механические процессы во влажных и мерзлых грунтах в связи с образованием пучин на дорогах. М.: Транспечать, 1929. 278 с.

197. Теплофизические исследования криолитозоны Сибири/ Балобаев В.Т., Павлов A.B., Перльштейн Г.З. и др. Новосибирск: Наука, 1983. 215 с.

198. Титов В.П. Усиление земляного полотна длительно эксплуатируемых железных дорог. М.: Стойиздат, 1980. - 272 с.

199. Тютюнов И.А. Взаимодействие минеральной части почвы с водой. Почвоведение. 1959. №2. С.7-14.

200. Тютюнов И.А., Нерсесова З.А. Природа миграции воды в грунтах при промерзании и основы физико-миханических приемов борьбы с пучением. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 160 с.

201. Улитин В.В. Шаговые алгоритмы на основе метода элементарных балансов для решения физически нелинейных задач теплопроводности// Актуальные проблемы механики, прочности и теплопроводности при низких температурах. СПб.: СПбГУНИПТ, 1998. С.48-50.

202. Улицкий В.М. Исследование особенностей работы анкерных фундаментов в пучинистых грунтах. Автореф. дис. канд. техн. наук. Л.: 1969. 24 с.

203. Ульрих С.С., Пусков В.И. Сезонное промерзание грунтов и их взаимодействие с фундаментами зданий. Красноярск: Красноярское книжное изд-во. 1965. 167 с.

204. Ухов С. Б. Расчет сооружений и оснований методом конечных элементов: Учеб. пособие. М.: МИСИ, 1973. - 118 с.

205. Ушкалов В.П. Исследование работы протаивающих оснований и их расчет по предельным деформациям сооружений. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 219 с.

206. Ушкалов В. П. Силы и деформации морозного выпучивания фундаментов и меры их уменьшения. Тр. НИИОСП, сб.№52. М.: Стройиздат, 1963, с. 69-90.

207. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра, 1987. 221с.

208. Фадеев А. Б., Прегер A. JI. Решение геотехнических задач методом конечных элементов. (Часть I) Томск: Изд-во Том. ун-та. 1994. 194 с. (Часть II)- 136 с.

209. Фадеев А.Б. Геотехнические аварии в Петербурге. Интернет-журнал №1. СПб. 1999. с. 13-18.

210. Фадеев А.Б., Сахаров И.И., Репина П.И. Численное моделирование процессов промерзания и пучения в системе «фундамент основание»/Основания, фундаменты и механика грунтов. 1994. №5. С.6-9.

211. Федоров В.И. Процессы влагонакопления и морозоопасность грунтов в строительстве. Владивосток, ДальНИИС, 1992. 180 с.

212. Федосов А.Е. Физико-механические процессы в грунтах при их замерзании и протаивании. М. Трансжелдориздат, 1935. 48 с.

213. Федосов А.Е. Прогноз осадок сооружений при оттаивании грунтов оснований.//Тр. Ин-та мерзлотоведения. 1944. Т.4. С.93-124.

214. Фельдман Г.М. Передвижение влаги в талых и промерзающих грунтах. Новосибирск: Наука, 1988.258 с.

215. Фельдман Г.М. Передвижение влаги в талых и промерзающих грунтах. Новосибирск: Наука, 1988. 257 с.

216. Фельдман Г.М., Тетельбаум А.С., Шендер Н.И. и др. Пособие по прогнозу температурного режима грунтов Якутии/Отв.ред. П.И. Мельников. Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР, 1988. 240 с.

217. Флорин В. А. Основы механики грунтов, т. II, Госстойиздат, M.-JL, 1961.-544 с.

218. Фотиев С.М., Данилова Н.С., Шевелева Н.С. Геокриологические условия Средней Сибири. М.: Наука, 1974. 148 с.

219. Фролов А. Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино: ОНТИ ПНЦРАН, 1998. 515 с.

220. Хакимов X. Р. К вопросу о тепловых расчетах промерзания или оттаивания грунта. — Труды НИИОСП, 1952, №19, с. 47-56 с.

221. Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Деформации грунтов дорожных насыпей. М.: Автотрансиздат. 1957. 191 с.

222. Хаскинд М. Д. Промерзание грунта под изолированной поверхностью. Докл. АН СССР, 1959, т. 125, №4, с.48-61 с.

223. Хрусталев JI.H. Оценка опасности геокриологических процессов на осваиваемых территориях // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2000. - № 1. - С. 80-84.

224. Цернант А. А. Сооружение земляного полотна в криолитозоне: Автореф. дис. д-ра техн. наук/ НИИ транспортного строительства. М., 1998. - 97 с.

225. Цырендоржиева М.Д. Влияние режима нагружения на деформирование мерзлых грунтов: Автореф. дис. канд. Геол.-минерал. Наук. М., 1994. 17 с.

226. Цытович Н.А, Сумгин М.И. Основания механики мерзлых грунтов. МЛ. Изд-во АН СССР, 1937. 432 с.

227. Цытович H.A. Расчет осадок фундаментов. М., Стройиздат, 1941, 191 с.

228. Цытович H.A. К теории равновесного состояния воды в мерзлых грунтах // Изв. АН СССР. Серия геогр. и геофиз. -1945. Т. 9. - № 5-6. - С. 493-502.

229. Цытович H.A. Вопросы промерзания грунтов при определении глубины заложения фундаментов. Сб. тр.: Глубина заложения фундаментов малоэтажных зданий в связи с сезонным промерзанием грунтов. М.-Л., 1946. С. 3-18.

230. Цытович H.A. Принципы механики мерзлых грунтов, Изд-во АН СССР, 1952. 168 с.

231. Цытович H.A., Нерсесова З.А. Фазовый состав воды в мерзлых грунтах. — В кн.: Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1957, сб. 3, с. 14-20.

232. Цытович H.A. Основания и фундаменты на мерзлых грунтах. Изд-во АН СССР, М., 1958. 168 с.

233. Цытович H.A. Механика мерзлых грунтов. М.: Высш. школа, 1973. 448 с.

234. Цытович H.A., Кроник Я.А., Лосева С.Г. Теплофизические свойства грунтовых смесей, используемых при строительстве плотин в условиях Крайнего Севера. — Энерг. стр-во, 1979, № 4, с. 60-63.

235. Чеверев В.Г. Классификация влаги в мерзлых грунтах // Мерзлые породы и криогенные процессы. М.: Наука, 1991. - С. 7-17.

236. Чеверев В.Г. Физико-химическая теория формирования массообменных и тепловых свойств криогенных грунтов: Автореф. дисс. д-ра геол.- минерал, наук. М., 1999. 40 с.

237. Чистотинов Л.В. Миграция влаги в промерзающих неводонасыщенных грунтах. М.: Наука, 1973. 144с.

238. Чистотинов Л.В. Криогенная миграция влаги и пучение горных пород. М.: ВИЭМС, 1974. 48 с.

239. Чистотинов Л.В. Моделирование тепло-массопереноса в промерзающих пучинистых грунтах.//Проблемы геокрологии. Якутск: Изд-во СО РАН, 1998, с.95-101.

240. Чураев Н.В. Влияние поверхностных сил на течение жидкостей в тонких порах//ИФЖ. 1983.-Т. 45.-№1.-С. 154-163.

241. Шахунянц Г.М. Ликвидация пучин на железнодорожном пути (конструкции и расчет). Транс, желдор. изд-во. М.; 1938. 126 с.

242. Шахунянц Г.М. Земляное полотно железных дорог. Вопросы проектирования и расчета. Гос. Транспортное железнодорожное изд-во. М.: 1953. 827 с.

243. Шашкин А. Г. Изменение напряженно-деформированного состояния слабых пылевато-глинистых грунтов оснований сооружеений при квазистатическом нагружении. Дисс.канд. техн. наук, СПб, 1991. 205 с.

244. Шашкин К.Г. Использование структуры универсального конечного элемента при разработке моделей в рамках программы «РЕМ тос1е1з».//Реконструкция городов и гетехническое строительство, №2, 2000. С. 26-32.

245. Швец В.Б. Элювиальные грунты как основания сооружений. М.: Стройиздат, 1993. - 220 с.

246. Швецов П.Ф. Закономерности гидрогеотермических процессов на Крайнем Севере и Северо-Востоке СССР. М.: Наука, 1968. 110 с.

247. Шестернев Д.M. К вопросу об оценке пучения крупнообломочных грунтов. Защита инженерных сооружений от морозного пучения. Доклада Международного научно-технического семинара (ЗМП-93). Якутск: Изд-во СО РАН. С. 39-47.

248. Шимановский C.B., Шимановская Т.С. Инструктивные указания по определению температуропроводности грунтов при положительных и отрицательных температурах // Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1954. - С. 78-97.

249. Штукенберг В. И. Заметка о пучинах на железных дорогах и о мерах для уничтожениях их. "Инженер" журнал Министерства Путей сообщения. Том IV, книга 10. Санкт-Петербург. 1885. С.23-36.

250. Штукенберг В.И. О борьбе с пучинами на железных дорогах. Журнал Министерства путей сообщения, книга 2. Санкт-Петербург. 1894. С.5-15.

251. Шумский П.А. Основы структурного ледоведения. М.: Изд-во АН СССР, 1955.-492 с.

252. Шушерина Е.П. Изменение физико-механических свойств грунтов под действием промерзания и последующего оттаивания. Материалы по физике и механике мерзлых грунтов. VII Междуведомств. Совещ. по мерзлотоведению. М., 1959, с. 48-55.

253. Шушерина Е.П., Рачевский Б.С., Отрощенко О.П., Исследования температурных деформаций мерзлых пород//Мерзлотные исследования. М.: Изд-во МГУ, 1970. Вып.Х. С. 273-283.

254. Ясин Ю.Д. Фазовые превращения воды в порах строительных материалов при отрицательных температурах // Научные труды НИИСФ. -М., 1969.-Вып. 4.-С. 43-47.

255. Aldrich Н.Р., Paynter Н.М. Derivation of rational formula for the prediction of frost penetration. Bull. Higway Res. Board, Washington, 1956, №135, pp.145-149.

256. Andersland O., Ladanyi B. An introduction to frozen ground engineering. N.Y.: Chapman and Hall, 1994. 180 p.

257. Andersland O.B.Ladanayi B. An introduction to frozen ground engineering. New York: Chapman and Hall, 1994 - 352 p.

258. Anderson D.M., Pusch R., Penner E. Physical and thermal properties of frozen ground// Geotechnical Engineering for Cold Region. N.Y.: McCraw-Hill, 1978. pp.37-102.

259. Anderson D.M., Tice A.R. The unfrozen interfacial phase in frozen soil// Water Systems Ecol. Stud., 1973. (4). pp.107-125.

260. Bathe K-J. Finite Element procedures in Engineering Analysis. Prentice-Hall. 1982, pp.200-230.

261. Beskow G. Freezing and Heaving with Special Application tj Roads and Railways// Sver. Geol. Unders., ser. №375. Traus. Technical Institute, Northwestern Univ., Evanston. III. 1947. pp. 340 364.

262. Bouyouces G.I. Movement of soil moisture from small capillaries to the large capillaries of the soil upon freezing//Agric. Res. 1923. Vol.24, №5. pp. 126-157.

263. Carslaw H.S., and Jaeger J.C., 1947. Conduction of Heat in Solids. Clarendon Press, Oxford. 526 p.

264. Comini G., Del Guidice S., Lewis R.W., Zienkiewicz O.C. Finite element solution of non-liner heat conduction problems with special reference to phase change. "Int. J. Num. Meth. Engn.".№8. 1974. pp.613-624.

265. Corte A.E. Vertical migration of particles in front of a moving freezing plane//USA. CRREL. Research Report, 1963. 105 p.

266. Coutts R.J., Konrad J.M., 1994. Finite Element Modelling of Transient None-Linear Heat Flow Using the Node State Method. Intl. Ground Freezing Conf. France. November, pp. 876-892.

267. Crory F.C. Reed R. Measurement of frost heaving forces of pile//USA CRREL. Technical Report. 1965. 145 p.

268. Crory F.S. Settlement Associated With the Thawing of Permafrost//Proc. 2nd. Intern. Conf. On Permafrost. Yakutsk, Washington: Nation. Academy of Sciences, 1973. pp.599-607.

269. Franks F. Water and aqueous solutions at subzero// Temperatures. Water: Comprehensive Treatise. N.Y. Plenum Press. 1982. Vol. 7. 387 p.

270. Fucuda M., Kinosita S. Field prediction of the uplift force to conducts due to frost heaving//Proc. 5-th Intern. Symp. On Ground Freezing, Sapporo. Japan. 1985. Vol. 2. pp. 135-139.;

271. Guidice Del S., Comini G.,Lewis R.W. Finite element simulation of freezing process in soil. "Int. J. Num. Anal. Meth. Geomech."№ 2. 1978. pp. 223-235.

272. Hoekstra P. Moisture movement in soil under temperature gradients with the cold side below freezing// Water Res., 1966. Vol. 2, №2. pp.45-53.

273. Hoekstra P., Chambarlain F. Electroosmosis in frozen soil//Nature. 203: 1406. 1964. pp.24-36.

274. Hunt CM, Wisherd M.P., Bonham L.C. The infrared adsorbtion spectrum of minerals andother inorganic compounds //Anal. Chem. 1950. - Vol. 22. pp.1426.

275. Jimikis A.R. The soil freezing experiment//High. Res. Board Bull 135, NASNRC. Washington, 1966. pp. 150-165.

276. Johnson I., Esch D. Trust jacking forces on piles and piles embedded in Fairbanks silt//Proc. 5-th Intern. Symp. on Ground Freezing, Sapporo. Japan. 1985. Vol.2, pp. 125-133.;

277. Keil L.D., Nielsen N.M., Gupta R.C. Thaw-consolidation of permafrost dyke foundations at the long spruce generation station//Proc. 26-th Can. Gotech. Conf. Toronto, 1973. pp. 134-141.

278. Konrad J.M. Frost heave mechanics: Ph.D.Thesis, Edmonton Alberta.-1980. 472p.

279. Konrad J.M. Procedure for determining the segregation potential of freezing soils.-Geotech. Testing J., 1987.-V.10.- .No 2.- pp. 51-58.

280. Ladanyi B., Foriero A. Evolution of frost heaving stress acting on pile// Proc. 7-th Intern. Symp. on Permafrost, Yellowknife. 1998. pp. 623-633.

281. Lame G, Clapeyron B. Mémoire sur la solidification par refroidissement d'un globe liquide. Annales de Chimie it de Phisique, 1831, vol.47, pp.250-256.

282. Low P.P., Andersen D. The density of water absorbed by lithium solium and potasium Bentonite // Soil Sci. Soc. Am. Proc. - 1958. - Vol. 22. - pp. 22-24.

283. Mackay I. Ross. The closing of ice-wedge cracks in permafrost garry Island, Nortwest territories//Canad. J. Earth Sci. 1975. Vol. 12, № 9. pp. 1668-1674.

284. Martin R. T. Water vapor sorption on kaolinite : hysteresis // Proc. - 6 th Nat. Cont. on clays and clay minerals. - London, 1959. - pp. 159-169.

285. Nixon J.F., and McRoberts E.C., 1973. A Study of Some Factors Affecting the Thawing of Frozen Soils. Canadian Geotechnical Journal, Vol. 10. p.138-186.

286. Penner E. Uplift forces on foundations in frost heaving soils// Canad. Geotechn. J. 1974. №11. pp. 323-338.;

287. Penner E., Gold. L. Transfer of heaving forces by ad freezing to columns and foundation walls in frost susceptible soils//Canad. Geotechn. J. 1971. №8. pp. 514-526;

288. Ruckli R. Gelivite des sols et foundations des routes. Bull. Techn. Suisse romande. Lauzanne, 1943. 32 p.

289. Ruckly R. Two and three dimensional groundwater flow towards the ice -lenses formed in the freezing ground. Proceeding of the Second International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Rotterdam, 1948, v.l l.pp.128-157.

290. Saarelainen S. Modelling frost heaving and frost penetration in soil at some observation sites in Finland. The SSR model. Espoo 1992, VVT, VVV Publication 95. 120 p.

291. Software TEMP/W. Version 5.01. GEO-SLOPE International Ltd. Calgary, Alberta, Canada, www.geo-slope.com, 1995-2003.

292. Stefan I. Uber einige Probleme der Theorie der Warmeleitung. -Sitzungsberichte der Akademie der Wissenchaften in Wien, 1889, Bd. 98, Abt. II, pp. 473-484.

293. Segerlind L.G. Applied Finite Element Analysis. John Wiley and Sons, 1984, pp.183-185

294. Taber S. Freezing and thawing of soils as a factor in destruction of road pavements//Public Roads. 1930. Vol. 11, №6. pp.113-132.

295. Tong Ch., Sun W. Investigation on tangential frost heaving forces//Proc. 5th Intern. Symp. on Permafrost, Troudheim. 1988. Vol. 2. pp. 1181-1185.

296. Tsytovich N.A., Kronik J.A. Interrelationship of the principal phisicomechanical and thermophysical properties of coarse-grained frozen soil. Bochum, 1978. Eng. Geol., 1979, № 13, pp. 163-167.

297. Ulitsky V.M., Paramonov V.N. Kudryavtsev S.A., Shashkin A.G,. Shashkin K.G. April 28-30, 2002. Frost Heave Soil. 2nd Canadian Specialty Conference on Computer Applications in Geotechnique. Winnipeg, Canada, pp. 167-171.