Расчетная глубина промерзания: Расчет нормативной глубины промерзания грунта.

Автор

Содержание

Глубина промерзания грунта по регионам России

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

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

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

 

Расчет глубины промерзания грунта

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

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

 

Карта промерзания грунтов СССР

 

 

Глубина промерзания грунта по регионам России (карта + таблица)

ГородГлубина промерзания грунта, см
Архангельск175
Владивосток180
Вологда170
Екатеринбург190
Иркутск190
Казань175
Калининград80
Красноярск200
Курск130
Москва130
Нижний Новгород155
Новосибирск220
Омск220
Орел130
Пермь190
Псков120
Ростов-на-Дону90
Рязань130
Самара165
Санкт-Петербург120
Саратов145
Симферополь70
Сургут270
Тюмень210
Хабаровск190
Челябинск215
Якутск240
Ярославль170

 

Карта промерзания грунтов Центральной России

 

Глубина промерзания грунта в Московской области

ГородГлубина промерзания грунта, см
Москва130
Балашиха125
Подольск130
Коломна115
Серпухов120
Орехово-Зуево125
Сергиев Посад130
Зеленоград130
Солнечногорск125

 

Глубина промерзания грунта в Ленинградской области

ГородГлубина промерзания грунта, см
Санкт-Петербург120
Гатчина120
Выборг125
Сосновый бор120
Кингисепп120
Луга115
Волхов120
Тихвин120
Свирица125

 

Пример расчета глубины промерзания грунта

СП 22. 13330.2010 «Основания зданий и сооружений» подробно расписывает методику расчета глубины промерзания почвы, мы попробуем вкратце разобрать основные положения и разберем пример.

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

Нормативная глубина промерзания грунта (формула): df = d0 × √Mt

Расчетная глубина промерзания грунта (формула): df = d0 × √Mt × kh

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

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

Конструктивные особенности здания

Значение коэффициента kh при температурах, °С

0

5

10

15

20 и больше

Без подвала, с полами на грунте

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

Без подвала, с полами на лагах

1

0,8

0,8

0,7

0,6

Без подвала, с полами на утепленном цоколе

1

0,9

0,9

0. 8

0,7

С подвалом или техническим подпольем

0,8

1

0,6

0,5

0,4

Неотапливаемое помещение

1,1

 

Разберем пример расчета глубины промерзания в Москве.

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

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

Далее подставляем все значения в формулу:

df = 0,3 × √32,9 × 0,6 = 1,03 м

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

Глубина промерзания грунта в Подмосковье

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

Оглавление:

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

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



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

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

Важно учесть! Плитные и ленточные фундаменты, не обладающие достаточной глубиной заложения, отличаются чрезмерной подверженностью воздействиям морозного пучения почвы — они неустойчивы, подвержены деформациям и разрушениям.

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


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

Важно! Чтобы избежать негативных влияний пучения, ленточные и плитные фундаменты должны закладываться ниже глубины промерзания почвы.

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



Рис 1.2: Схема промерзания участка застройки


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

Внимание! Как неправильный расчет нагрузки на фундамент может привести к большим финансовым потерям: ссылка.

Глубина промерзания СНИП

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

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

Важное замечание! С недавних пор данный нормативный документ был разделен на две отдельные справки — СНИП № 20201-83 «Фундаменты зданий о сооружений» и СНИП № 2301-99 «Климатология строительства».

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

Город Сезонная глубина промерзания разных видов почвы (см)
Глиняный грунт и суглинок Супеси и мелкие сухие пески Крупные и гравелистые пески
Ярославль 143 174 186
Архангельск 156 190 204
Челябинск 173 211 226
Вологда 143 174 186
Тюмень 173 210 226
Екатеринбург 157 191 204
Сургут 222 270 290
Казань 143 175 187
Саратов 119 144 155
Курск 106 129 138
Санкт-Петербург 98 120 128
Москва 110 134 144
Самара 154 188 201
Нижний Новгород 145 176 189
Рязань 136 165 177
Новосибирск 183 223 239
Ростов на Дону 66 80 86
Орел 110 134 144
Псков 97 118 127
Пермь 159 193 207


Таблица 1. 1: Нормативная глубина промерзания почвы в разных городах России


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

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


Рис. 1.3: Схема зависимости ГПГ от толщины снежного покрова

Важное замечание! Всем домовладельцам, сталкивающимся с проблемой пучения почвы, стоит помнить о том, что они сами себе могут доставить дополнительных неприятностей, очищая снег и формируя сугробы возле стен дома.

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

Глубина промерзания грунта в Подмосковье

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

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

Среднестатистической расчетной величиной ГПГ, учитываемой при строительстве зданий в Подмосковье, принято считать 140 сантиметров. Более детальные показатели для разных городов Подмосковья вы можете увидеть в таблице 1.

2.

Город Сезонная глубина промерзания почвы (см)
Дубна 150
Талдом 130
Сергиев Посад, Александров 140
Орехово-Зуево 130
Егорьевск 130
Коломна 110
Ступино 120
Серпухово 100
Обнинск 110
Балабаново 110
Можайск 125
Волоколамск 120
Клин, Солнечногорск 120
Звенигород, Истра 110
Наро-Фоминск 125
Чехов 120
Воскресенск 110
Павловский Посад, Ногинск, Пушкино 110
Дмитров 140
Пушкино, Щепково, Балашиха 150
Одинцово, Болицыно, Кубинка 140
Подольск, Домодедово, Люберцы 100
Железнодорожный 110
Мытища, Лобня 140


Таблица 1. 2: Глубина промерзания грунта в Московской области

Внимание! Почему пучение способно разрушить ваше будущее строение:как обезопасить себя

Расчетная глубина промерзания грунта

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

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

Величина коэффициента, использующегося в расчетной формуле, составляет:

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

Для примера, определим расчетную величину ГПГ для Вологды. Данные среднемесячных минусовых температур для этого города мы можем взять в документе СНИП № 2101. 99.

Для Вологды она составляет:


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

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

Теперь нам нужно извлечь квадратный корень из получившейся величины:

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

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

Как определить реальную глубина промерзания грунта

Внимание! Фактические и нормативные показатели ГПГ всегда будут отличаться между собой из-за ряда сопутствующих факторов, таких как толщина снега и льда, которыми укрыт грунт.

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


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

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

Рис. 1.5: Фактическая глубина промерзания почвы в РФ

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

Наши услуги

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

Расчет глубины промерзания грунта по СНиП

Согласно п.2.124 (2.27) пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83) она рассчитывается очень просто – h=√М*k. То есть квадратный корень из суммы абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в конкретно взятом районе, умноженный на коэффициент, равный:

для суглинков и глин – 0,23;для супесей, песков мелких и пылеватых – 0,28;для песков гравелистых, крупных и средней крупности –0,30;для крупнообломочных грунтов – 0,34.

Пример расчета глубины промерзания

Согласно таблицы 5.1 СНиП 23-01-99* (СП 131.13330.2012) для Вологды таблица среднемесячных температур за год выглядит так:

Январь -11,6; Февраль -10,7 Март -5,4 Апрель 2,4 Май 10,0 Июнь 15,0 Июль 17,2 Август 15,3 Сентябрь 9,4 Октябрь 3,2 Ноябрь -2,9 Декабрь -7,9

Применяя формулу h=√М*k, суммируем все абсолютные значения месяцев с отрицательными температурами и получаем число «М» равное 38,5. Извлекаем квадратный корень из этого числа и получаем 6,20. Далее умножаем 6,20 на коэффициент k=0,23 (для суглинков и глин) и в итоге имеем1,43.

h=√38,5 * 0,23 => h=1.43

То есть нормативная глубина промерзания грунта по СНиП в Вологде, в условиях суглинков и глин, составляет 1 метр 43 сантиметра. Соответственно, например для песков крупных, она составит 6,20*0,3=1,86 м.
Дело в том, что этот коэффициент возрастает по причине укрупнения частиц грунта – ведь чем они крупнее, тем больше расстояние между ними и тем глубже промерзает грунт в итоге. А для глинистых грунтов это еще влияет на их пучинистость. Чем больше воды накапливается между частицами, тем выше морозное пучение таких грунтов, ведь вода расширяется при замерзании.

Пример расчета г.Санкт-Петербург

Январь -7 ,8 ; Февраль- 7 ,8 ; Март — 3 ,9 ; ноябрь — 0 ,3 ; декабрь — 5 ,0

h = √24,8*0,23= 4,98*0,23=1,14 м; для супесей и суглинков
h = 4,98*0,28 ≈ 1,4 м ; для супесей и мелких песков
h = 4,98*0,3 ≈ 1,5 м для крупных и средних песков.
В жилом отапливаемом здании глубина промерзания грунта (hж) будет меньше, с учетом поправочного коэффициента. (hж=h*k)

Глубина промерзания грунта в Нижнем Новгороде. Глубина промерзания в Нижнем Новгороде для различных типов грунтов и при различных типах строений — Водоснабжение и канализация

Тип грунта   Расчетная глубина промерзания грунта (м) при среднесуточной температуре воздуха внутри помещения до …
 0º С   5º С   10º С   15º С  20º С и более
Строения без подвалов с полами по грунту
 — глина и суглинок 1. 3 1.16 1.01 0.87 0.72
 — супесь, песок мелкий и пылеватый 1.59 1.41 1.23 1.06 0.88
 — песок гравелистый, крупный и средней крупности 1.7 1.51 1.32 1.13 0.94
 — крупнообломочные грунты 1.93 1.71 1.5 1.28 1.07
Строения без подвалов с полами по деревянным лагам 
 — глина и суглинок 1.45 1.3 1.16 1.01 0.87
 — супесь, песок мелкий и пылеватый 1.76 1.59 1.41 1.23 1.06
 — песок гравелистый, крупный и средней крупности 1.89 1.7 1.51 1.32 1.13
 — крупнообломочные грунты 2.14 1.93 1.71 1.5 1.28
Строения без подвалов с полами по утепленному цокольному перекрытию
 — глина и суглинок 1.45 1.45 1.3 1.16 1.01
 — супесь, песок мелкий и пылеватый 1.76 1.76 1.59 1.41 1.23
  — песок гравелистый, крупный и средней крупности 1.89 1.89 1.7 1.51 1.32
 — крупнообломочные грунты 2.14 2.14 1.93 1.71 1.5
Строения с подвалами или с техническими подпольями
 — глина и суглинок 1.16 1.01 0.87 0.72 0.58
 — супесь, песок мелкий и пылеватый 1.41 1.23 1.06 0.88 0.7
  — песок гравелистый, крупный и средней крупности 1.51 1.32 1.13 0.94 0.76
 — крупнообломочные грунты 1.71 1.5 1.28 1.07 0.86
Строения с неотапливаемыми помещениями
 — глина и суглинок 1.59
 — супесь, песок мелкий и пылеватый 1.94
  — песок гравелистый, крупный и средней крупности 2.08
 — крупнообломочные грунты 2.35

Глубина промерзания грунта нормативная, фактическая и расчетная

Что такое фактическая глубина промерзания?

Ответ: при использовании наблюдений за фактической глубиной промерзания следует учесть, что она должна определяться не по глубине расположения нулевой температуры, которую обычно сообщают метеорологические станции гидрометслужбы, а по глубине образования твердомерзлого грунта. Последняя обычно расположена выше линии нулевой изотермы (РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ МОСКВА,1978).

Это реальная глубина промерзания грунта в конкретном месте, без расчистки снега и льда. Скажем, если бы мы выехали зимой в лес, выбрали буром шурф. То по нему мы бы смогли определить уровень на котором происходит промерзание (0 — -1°С), в зависимости от вида почвы.

ГОСТ_24847-81_1987_методы определения сезонного промерзания

Реальная глубина промерзания грунта зависит от многих условий, действующих в определенное время на конкретный участок. Рассмотрим их:

1.Так теплоизоляция участка (дом, утепленная постройка и т.д.) ведет к снижению уровня глубины его промерзания.

2.На участок, может действовать внешняя температура (пониженная или повышенная). Например, доменная печь (где нибудь на Кузбасе) ведет к уменьшению глубины промерзания расположенного под ней грунта по отношению к соседним участкам, если вообще будет промерзать. И наоборот, стоящий холодильник повысит уровень глубины промерзания.

Таким образом, фактическая глубина промерзания это отдельное понятие. Нормативная глубина промерзания- совершенно другое понятие (см. ниже), не зависящее от влияния внешних факторов (созданных искусственным путем). А также не зависит от снежного или ледяного покрова. См. определение  нормативная глубина промерзания в СНИП 2.02.01 — 83 и 2.02.01-83*

 Что такое нормативная глубина промерзания?

Ответ: это глубина промерзания на расчищенном от снега участке (т. е. с более худшими условиями). Так как снег и лед является отличными теплоизоляторами.

СНиП 2.02.01-83, Определение. Нормативная глубина промерзания, редакция 2011 г, doc

  

Нормативная глубина промерзания грунта занесена в карты:

Как расчитать нормативную глубину промерзания?

Когда многолетние наблюдения отсутствуют, нормативную глубину промерзания определяют теплотехническим расчетом. А в районах, где глубина промерзания — не > 2,5 м, допускается формула: 

Расчет: Нормативная глубина промерзания грунта. СНиП 2.02.01-83, редакция 2011,doc

Используя СНиП 2.02.-83

Вычисляем :

Таблица. Часть1. Среднемесячная и годовая температура воздуха. СНиП 23.01.99, редакция 2012, doc

Таблица. Часть2. Среднемесячная и годовая температура воздуха. СНиП 23.01.99, редакция 2012 г, doc

Mt (для Владивостока) по таблицам получается /суммируем все отрицательные температуры за год/: 12.6+9.1+2.1+1.0+9.3=34,1;

dfn=0.23 х корень Mt (для Владивостока)=134 см

dfn-для суглинков можно определить по схем-картам (Рис.3.16;  Рис.1 и Рис 3), на которых нанесены изолинии нормативных глубин промерзания для данного грунта (d0 = 0,23 м).  При наличие в зоне промерзания других грунтов, dfn из карты нужно умножить на величину отношения d0/ 0,23. Где d0 соответствует грунтам вашей строительной площадки.

Если значения dfn, вычисленные по формуле и по карте не совпадают. Нужно руководствоваться расчетными данными.

Что же такое расчётная глубина промерзания?

Расчетная глубина промерзания грунта. Формула. СНИП 2.02-83, редакция 2011 года, doc

Продолжение в следующей статье

Что такое глубина промерзания грунта

Строительство начинается с фундамента, его структура зависит от важнейшего параметра – глубины промерзания грунта – наибольшего показателя, при котором почва замерзает до 0 градусов при самых низких температурах без учета снежного покрова. Увеличение объема воды деформирует грунт.

Особенности процесса

Прежде чем начинать строительство дома, нужно выяснить, что такое глубина промерзания грунта. Если фундамент недостаточно заглублен, фасад здания может покрываться направленными трещинами. Чтобы при переходе грунтовых вод в состояние льда этого избежать, закладку нужно производить ниже отметок промерзания. Вид почвы влияет на выбор типа фундамента.

Одной из причин промерзания может быть высокая влажность. Переходя в состояние льда, вода увеличивается в объеме до 10%. В результате этого зимой грунт выталкивает фундамент из себя. Весной происходит обратное, из-за таяния снега он затягивается в почву. Эти процессы повторяются каждый год и неравномерно. При этом фундамент деформируется или окончательно превращается в руины.

На глубину промерзания и на правильность закладки фундамента влияют:

  • тип грунта;
  • уровень грунтовых вод;
  • климатические условия.

Перед планированием строительства, прежде всего, изучается структура и типология почвы. Прочная, незначительно сжимаемая почва будет оптимальным вариантом. На определенной глубине вода в ней не замерзнет и не поддастся расширению, поэтому фундамент ляжет прочно и не будет деформироваться.


Расчетная и нормативная глубина

Существует понятие глубины сезонного промерзания грунта. Его показатели отличаются между собой в разных районах. Например, глубина промерзания грунта в Московской области не одинакова с показателями в более северных или южных регионах. Среднюю величину вывели на протяжении длительных наблюдений.

Показатель определяла нормативная глубина промерзания грунта – техническая документация, регламентирующая архитектурно-строительное проектирование. Нормативной считается глубина, указанная в документах. Сначала применялся СНиП 2.01.01-82 («Строительная климатология и геофизика»). Сейчас используется современный СНиП 2.02.01-83* («Основания зданий и сооружений»). К этим документам прилагается карта глубин, которой удобно пользоваться. Особого внимания к себе требуют глинистые почвы – они чаще подвергаются негативному влиянию перепадов температур.

Еще одним примером может служить отапливаемое здание. При этом реальный показатель может отклоняться от нормативного до 30%. Глубина промерзания грунта для фундамента определяется по формуле: Нp = Нн * k, где:

  • Нн — нормативный показатель согласно карте глубин промерзания грунтов;
  • K — коэффициент, формирующийся от режима эксплуатационных мероприятий и расположения фундамента k = 0,5:1,2.

Глубина промерзания грунта для водопровода также определяется нормативными документами. Согласно существующим нормам трубы необходимо закладывать примерно на 1,6 м.

Влияние типа почвы

Важное значение играет тип грунта. Скальный является самым прочным, не подверженным размыванию и промерзанию. Фундамент можно закладывать практически на поверхности. На хрящевых почвах закладку следует производить на глубину 0,5 метров. Песчаные хорошо пропускают воду, теряют прочность и проседают. Фундамент закладывается на глубину до 0,7 метров. На торфяной почве не стоит возводить, так как из-за различных органических примесей формируется неравномерная нагрузка.

Как уменьшить показатель промерзания грунта?

Устройство фундамента предусматривает защиту основания. Все необходимые меры нужно предпринять до наступления первых холодов и после дождей. Предохранению грунта от промерзания помогут следующие меры:

  • рыхление;
  • теплоизоляция с использованием определенных материалов;
  • химическая обработка почвы.

Вспахивание делает верхний слой рыхлым, благодаря чему образуются воздушные пустоты, что значительно отдаляет промерзание.

Хорошо предохраняет грунт от промерзания обработка химическими реагентами. Такой способ применим для небольших котлованов с песчаной и глинистой почвой. Растительность ликвидируется, и наносится необходимое количество веществ: хлористого кальция и хлористого натрия. Это увеличивает продолжительность строительного периода до 15 суток.

Утепление с использованием теплоизоляторов ¬– основной метод уменьшения глубины промерзания сезонного и другого типа грунта. При этом сопротивление теплового потока ощутимо повышается, и холод с поверхности не замораживает слои под теплоизоляционным материалом. Выбор утеплителя зависит от воспринимаемой им нагрузки.

Глубина промерзания грунта, промерзания грунта нормативная, реальная, фактическая, расчётная, грунт под фундамент дома, нормативные глубины СНиП, типов грунтов, нормативы, неравномерность, уменьшить глубину сезонного промерзания, рассчитать, расчёт глубин, почва, земля, в разных регионах, областях, городах.

 


На грунт значительно влияет уровень подземных вод. Глубина промерзания должна быть меньше глубины залегания грунтовых вод, но когда показатель глубины промерзания превышает показатель глубины залегания грунтовых, происходит их промерзание из за чего и происходит вспучивание грунта

Говоря простым языком, каждую зиму вода в грунте замерзает, превращается в лёд и расширяется, а значит увеличивает первоначальный объём грунта, что может негативно сказаться на фундаменте и на возведённом на нём доме это и называется пучение грунта. Увеличенный в объёме грунт может воздействовать на фундамент с большой силой, порой в десятки тонн.

То есть промерзания грунта вызывает его пучение и тем самым негативно влияет на фундамент дома,а значит и на эксплуатацию дома для того чтобы этого избежать нужно его закладывать на глубину ниже глубины промерзания.

Глубина промерзания грунта зависит от двух главных факторов:
1.от типа грунта
2.от климатических условий, а именно от среднегодовых температур ( чем ниже температура, тем больше глубина промерзания грунта)

Нормативные глубины промерзания СНиП (таблица) в см. разных городов и типов грунта

Город[глина,суглинки][пески,супеси]
Архангельск160176
Астрахань8088
Брянск100110
Волгоград100110
Вологда140154
Воркута240264
Воронеж120132
Екатеринбург180198
Ижевск160176
Казань160176
Кемерово200220
Киров160176
Котлас160176
Курск100110
Липецк120132
Магнитогорск180198
Москва120132
Набережные Челны160176
Нальчик6066
Нарьян Мар240264
Нижневартовск240264
Нижний Новгород140154
Новокузнецк200220
Новосибирск220242
Омск200220
Орел100110
Оренбург160176
Орск180198
Пенза140154
Пермь180198
Псков8088
Ростов-на-Дону8088
Рязань140154
Салехард240264
Самара160176
Санкт-Петербург120132
Саранск140154
Саратов140154
Серов200220
Смоленск100110
Ставрополь6066
Сургут240264
Сыктывкар180198
Тверь120132
Тобольск200220
Томск220242
Тюмень180198
Уфа180198
Ухта200220
Челябинск180198
Элиста8088
Ярославль140154

Нормативная глубина промерзания грунта наглядно представлена на карте(рисунке)

Нормативная глубина промерзания грунта, представленная в этой таблице и карте — это максимальная глубина

Глубину промерзания грунта также можно разделить на фактическую и реальную глубину промерзания
Фактические или реальная глубина промерзания грунта может отличатся от нормативных, так нормативы составлены для самых худших вариантов, то есть без снежного покрова
Снег и лед – хорошие теплоизоляторы, то есть снежного покрова уменьшает глубину промерзания.



Суровость зимы и глубина заморозков в условиях потепления

Эти карты показывают величину и географическое распределение изменений значений индекса замерзания воздуха за 1981–2010 гг. По сравнению с 1951–1980 гг. Для холодных сезонов с двухлетним (вверху) и 100-летним (внизу) периодами повторяемости.

Во многих районах страны правильное проектирование и строительство здания зависит от точных ожиданий того, насколько глубоко земля промерзнет зимой. Глубина промерзания почвы также имеет важное значение для гидрологии, сельского хозяйства и даже захоронений.Поскольку глубина промерзания определяется как интенсивностью, так и продолжительностью морозной погоды, наблюдаемое в последние несколько десятилетий потепление, вероятно, изменяет характер промерзания почвы.

В новой статье журнала Journal of Applied Meteorology and Climatology , озаглавленной «Расчет и оценка индекса замерзания воздуха для периода климатических норм 1981–2010 гг. В прилегающих к территории Соединенных Штатах Америки», наши ученые работали со своими коллегами из Кооперативного института. для Climate and Satellites — North Carolina, чтобы представить новую версию индекса замерзания воздуха NOAA (AFI), который можно использовать для оценки максимальной глубины промерзания почвы.Они также обнаружили значительное сокращение AFI за 1981–2010 годы по сравнению с 1951–1980 годами, что согласуется с тенденциями изменения климата, наблюдавшимися за этот период.

Оценить глубину промерзания почвы сложно, потому что прямые измерения глубины промерзания широко не доступны, а те, которые доступны, датируются не очень давно. Но поскольку глубина промерзания тесно связана с температурой воздуха, индекс, который измеряет, насколько часто и насколько температура воздуха остается ниже нуля в течение зимы, может служить полезным косвенным измерением глубины промерзания.

AFI, представленный в документе, основан на «градусах замерзания в днях» (FDD) — количестве градусов, на которое средняя температура в данный день выше точки замерзания (положительные значения FDD) или ниже точки замерзания (отрицательные значения FDD). Например, если средняя температура в месте составляет 42 ° F (10 ° F выше точки замерзания), значение FDD для этого дня равно 10. Для среднесуточного значения, которое достигает только 20 ° F, значение равно –12 FDD.

AFI для данного года рассчитывается как текущая сумма FDD за этот год, начиная с 1 августа по 31 июля следующего года — период, сосредоточенный вокруг одного холодного сезона.Для большинства регионов страны AFI неуклонно увеличивается в течение первых нескольких месяцев этого периода, поскольку среднесуточные значения температуры обычно выше нуля, а соответствующие положительные значения FDD увеличивают значение текущей суммы AFI.

С наступлением холодного сезона дни ниже нуля создают отрицательные значения FDD, которые снижают значение текущей суммы AFI. Затем AFI снова начинает увеличиваться, когда возвращается теплая погода, и значения FDD снова становятся положительными.

Разрыв между пиком AFI в начале холодного сезона и самым низким значением AFI, наблюдаемым в конце холодного сезона, позволяет измерить интенсивность этого холодного сезона — чем больше разрыв, тем сильнее замерзание для этого. зима.В теплых районах страны, где средние температуры почти всегда выше нуля, AFI будет очень низким или нулевым. В более холодных районах страны длительная суровая зима приводит к значению AFI в 1000 и более.

Сравнивая средние значения за 1981–2010 годы и 1951–1980 годы, ученые обнаружили, что AFI значительно снизился для большей части страны. Изучая зимы с «двухлетним возвращением», то есть зимы с суровостью, обычно наблюдаемой каждые два года, AFI снизился более чем на 10% для более чем 80% станций, в то время как только 2% станций показали увеличение на 10%. или больше.Для более редких, более суровых зим со 100-летним периодом повторяемости 59% станций показали снижение AFI на 10% или более, а 21% станций показали увеличение на 10% или более.

Холодные, неопровержимые факты о спуске под землю

С наступлением весны многие из нас приступают к проектам, требующим закладывания бетонных оснований в землю. Независимо от того, строите ли вы пристройку к своему дому, добавляя крыльцо, крыльцо или террасу, вам нужно будет знать об их правильном дизайне и размещении.

Опоры, по сути, представляют собой большие блоки из монолитного бетона, установленные под землей, которые соединяют конструкцию здания с землей внизу. Перед тем, как что-либо залить, необходимо учитывать линию промерзания. Определенная местными строительными нормами, это глубина ниже поверхности земли, на которую исторически не проникает иней.

Линия замерзания отличается от статистики по средней глубине проникновения мороза Министерства торговли США тем, что это не средний, а консервативный предел того, где возможно проникновение мороза.

Если средняя глубина промерзания для нашего региона составляет от 15 до 20 дюймов, то установленная линия глубины промерзания колеблется от 36 до 48 дюймов. Таким образом, линия промерзания — это «безопасное» расстояние под поверхностью земли, где почва и все, что на ней лежит, не будут подвергаться воздействию отрицательных температур.

РАЗЛИЧНЫЕ ГЛУБИНЫ

Глубина линии замерзания варьируется от региона к региону и теоретически может меняться со временем из-за климатических региональных сдвигов средней температуры.Промерзание на всей территории наших южных штатов незначительно, иногда достигая глубины одного дюйма, в то время как в Мэне и по всей Канаде средние промерзания достигают значительно ниже шести футов. В полярных регионах Канады и Аляски существует состояние, известное как «вечная мерзлота», когда иней простирается примерно на 2000 футов ниже поверхности.

Почему важно строить с учетом последствий мороза в качестве нашего ориентира? Лед — одна из самых мощных сил во Вселенной. Как известно большинству школьников, изучающих науку о Земле, лед действительно сдвинулся и создал горы.Фактически, лед под фундаментом здания может легко сдвинуть его, вызывая состояние, которое мы называем в строительстве тепловым пучением — движение конструкции из-за замерзания.

ОПЫТ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Постоянное ежегодное движение такой конструкции, как фундамент, является нежелательным по многим причинам. Со временем пучение от мороза и последующее его оттепель могут привести к появлению трещин и неравномерной осадке конструкции. Поскольку мы, как правило, не проектируем дома, небольшие здания и сооружения с допусками на такое чрезмерное перемещение, компоненты зданий — i.например, бетон, дерево, штукатурка и гипс — подвергнутые этим нагрузкам, в конечном итоге трескаются и / или выходят из строя.

Специалисты часто спорят, что лучше всего разместить под линией промерзания целиком или только его основанием. Хотя окончательным арбитром в выборе места размещения является ваш муниципальный строительный кодекс — в частности, ваш строительный инспектор — я всегда находил аргумент в пользу размещения всего фундамента ниже линии замерзания, поскольку мы можем разумно предположить вся каркасная конструкция не подвержена воздействию мороза.

НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ШАНС

Напротив, если часть расположена сверху, а часть ниже, и лед в конечном итоге давит на нее, можно с уверенностью предположить, что, будучи монолитным, вся основа будет толкаться лед. Причина подсказывает, что безопаснее всего разместить всю опору ниже линии промерзания. Зачем рисковать?

Здесь необходимо отметить, что другие детерминанты также влияют на воздействие инея на подконструкции; Состав почвы и фактическая геологическая местность и ориентация также влияют на то, на какой глубине ставить опоры.

На самом деле, всегда лучше всего проконсультироваться с зарегистрированным архитектором или инженером, прежде чем начинать проект, требующий опор. Не забудьте также, что перед тем, как начать копать, необходимо связаться с соответствующими коммунальными предприятиями, чтобы определить, есть ли на вашей территории заглубленные трубы и / или линии электропередач.

(PDF) Проверка индекса замерзания воздуха (AFI) для определения глубины промерзания в типичных засушливых и полузасушливых зонах Ирана

BIABAN

BIABAN (Desert Journal)

Онлайн по адресу http: // jbiaban.ut.ac.ir

BIABAN

12

(

2007

)

23

31

Проверка индекса замерзания воздуха (AFI) для определения типичной глубины промерзания

засушливые и полузасушливые

засушливые зоны Ирана

А.Халили

a *

, Х.Рахими

a

, Z. Agha Sh

ариатмадари

b

Irrigation Eng.Кафедра, Почва и вода Eng. Факультет Тегеранского университета, Иран

b

Бывший аспирант, ирригация, инж. Кафедра, Почва и вода Eng. Факультет Тегеранского университета, Иран

Поступила 21

января 2006 г.

;

получено в доработке

форма 10

июнь

2007

;

принято 11

июль

2007

Реферат

Глубина промерзания — один из основных показателей в сельском хозяйстве, гражданском и транспортном машиностроении.Температура почвы

является функцией нескольких факторов, включая топографию, солнечное излучение, температуру воздуха, влажность

и другие физические свойства почвы, такие как теплоемкость, коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость. Основная цель данной статьи

— определение глубины промерзания грунтов на основе температуры воздуха

е. В

в этом исследовании были собраны и проанализированы суточные и часовые температуры воздуха и почвы на разных глубинах трех климатологических станций, расположенных в

Шахр

-e-

Корд

,

в городах Йезд и Урмия в Иране. период 11

лет с 1992

по 2003

.

На первом этапе были рассчитаны индексы замерзания воздуха (AFI) трех названных станций с использованием трех методов, известных

как: американский, норвежский и финский, а затем результаты сравнивались с наблюдаемыми значениями соответственно.

Исследования показали, что корреляция между результатами значима на уровне одного процента, но три метода

дали разные цифры. На основании других источников показано, что американский метод больше подходит для

регионов, расположенных на средних широтах.Таким образом, корреляция между глубиной проникновения инея (FPD) и AFI на основе

по американскому методу была рассчитана и составила

0,88

и

0,82

для станций Шахр-э-Корд и Урмия соответственно.

Однако

,

корреляция для станции Йезд была намного ниже (

0,65

)

,

и значима (P <

0,05

).

Как правило,

,

было

пришли к выводу, что применение этого метода более актуально для полузасушливых, а не засушливых зон, но в отсутствие лучшего метода

тот же индекс можно было бы использовать для определение FDP также в засушливых зонах.

Ключевые слова:

S

замораживание масла; Индекс замерзания воздуха; Отделение морозостойкости; Засушливые и полузасушливые

засушливые зоны; Иран

1

.

Введение

*

Индексы глубины промерзания грунта

имеют множество применений в сельском хозяйстве, гражданском и

транспортном машиностроении. Глубина промерзания

(FDP) была определена как глубина

слоя почвы

,

, где температура опускается ниже 0

C0.Температура почвы обычно связана с

несколькими факторами, включая топографию, солнечное излучение

, температуру воздуха, влажность, текстуру

и некоторые термические свойства почвы, такие как

, такие как: теплоемкость, удельная теплоемкость и коэффициент термического проводимость. Начиная с

наиболее важный фактор в определении мороза

*

Cor

отвечающий автор

.

Тел.

.: +

98

261

2221119

;

факс

: +

98

261

2221119

E-

почтовый адрес:

[email protected]

глубина почвы — это температура воздуха, поэтому многие исследователи имеют

попытался сопоставить FPD и температуру воздуха

. Штойер (

1995, 1996

)

был пионером

в этом вопросе.Глубина промерзания

— фактор, который меняется из года в год. В сельском хозяйстве

обычно важно количество периодов замораживания и

период его повторяемости, в то время как в гражданском строительстве

максимальная глубина требуется

для многих проектных приложений. Один из предложенных методов

для определения FPD — это

Индекс замерзания воздуха, AFI, является основным определяющим фактором

, который был предложен Агнешкой

(

1996

)

и Steuer (

2003

).

Фактически

,

AFI является основным фактором

, который определяет промерзание почвы на глубине

. Поскольку этот индекс исключительно связан с температурой воздуха

, его достоверность должна быть оценена как

для любого данного региона. Основная цель

этой статьи — проверить достоверность

Архив SID

www.SID.ir

Моделирование промерзания почвы: Исходная модель

Имитация промерзания грунта: Оригинальная модель Модель промерзания почвы, описанная здесь больше не реализуется в этом первоначальном виде.Он был модифицирован для замораживания и оттаивания с помощью линз для замораживания.

Первоначальная модель промерзания почвы была модифицированной версией разработанной модели. Джумакиса (van Rooij, 1987) был включен в CropSyst. Суточный кумулятивный индекс замораживания (CFI) для дня d (C-дней) рассчитывается как:

CFI d = D · CFI d-1 — T ср. · e (-0,4 · S · D sd )
где
D (0.-1) — коэффициент уменьшения снегопада.
0,8 if T avg < 0 (периоды замораживания)
0,5 если T ср > 0 (периоды оттаивания)
Dsd (см) — высота снежного покрова на земле в день d.

CFI — это мера доступной «способности к замораживанию климата». CFI_d — это инициализируется определенным отрицательным значением в начале зимы, чтобы представляют собой отставание между климатическими условиями замерзания и началом фактическое промерзание почвы.Поскольку преобладает температура замерзания, CFI_d становится меньше сначала отрицательный, а положительный, что указывает на возможность промерзания почвы.

Чтобы рассчитать глубину промерзания, индекс промерзания, необходимый для замораживания каждого слоев почвы (RFIl) необходимо рассчитать и сравнить с CFI_d. Так как наличие снежного покрова на почве снижает скорость проникновения мороз, необходимо определить теплопроводность снега. Это делается в соответствии со следующим уравнением:

k sn = (22.7 · r sn — 0,46) · 10 5
где
k_sn (кал / (см. С. C)) — теплопроводность снега.
rho_sn (0,1 г / см3) — плотность снега или одна десятая плотности снега. вода.

Термическое сопротивление снега определяется по формуле:

. где
r_sn ((см. С. C) / кал) — термическое сопротивление снега.
Ds (см) — высота снежного покрова на земле.
SEDF — это уменьшение эффекта снега с коэффициентом глубины, который рассчитывается ежедневно и умножается на термическое сопротивление снега и значение добавляется к общему сопротивлению всех слоев вместе. Этот коэффициент уменьшения определяется как: где
SIF (1 / см) — входной параметр коэффициента изоляции снега (раздел 7.6.1).
F_d см — глубина промерзания.

Тепловое сопротивление каждого слоя почвы составляет выдает:

r l = D Z l / K l где
r_l ((см. С. C) / кал) — термическое сопротивление слоя почвы.
Zl (см) — толщина слоя почвы.
Кл (кал / (см. С. С)) — коэффициент теплопроводности почвенного слоя.

Чтобы заморозить l-й слой, тепловое сопротивление всех предыдущих слоев должен быть превышен, прежде чем фронт заморозки достигнет это, где снег рассматривается как слой с собственным снежным термическим сопротивление.Тогда требуемый индекс замораживания определяется по формуле:

.
RFI l = [L l + c · CFI
2 · fd
]
где
RFIl (C-days) — индекс замерзания, необходимый для замораживания слоя l.
Ll (кал / см3) — это скрытое тепло, выделяющееся при замерзании слоя l рассчитывается из объемного содержания воды в слое (WCl) и скрытого теплота плавления (80 кал / см3) как: L л = 80 · туалет л
C (кал / (см3.C)) — теплоемкость.
CFI (C-days) — это совокупный индекс замораживания.
fd (days) — количество морозных дней.
Zl (м) — толщина l-го слоя почвы.
Rtot ((см. С. C) / кал) — это полное термическое сопротивление, определяемое по формуле: R tot = r sn + r 1 + r 2 · · · [r nl /2]
r_sn — термическое сопротивление снежного покрова.
р_1, р_2… r_nl — сопротивления каждого слоя почвы.

Особый случай необходимого индекса промерзания для промерзания первого слоя почвы. рассчитывается по следующей формуле:

RFI 1 = L 1 · D Z 1
84 400
· [ р 1
2
+ r n ]
где
RFI1 (C-days) — это требуемый индекс замерзания для замораживания слоя 1.
L1 (кал / см3) — скрытая теплота, выделяемая при замерзании слоя 1 (см. уравнение 14.4.1).
WC1 — объемная влажность первого слоя почвы.
r_1 ((см. С. C) / кал) — термическое сопротивление первого грунта. слой.

Определяется необходимый индекс промерзания для всего профиля почвы (RFIt). как сумма необходимого индекса промерзания для каждого слоя почвы:

Значение CFI_d для текущего дня сравнивается с RFI. накапливается слой за слоем.Глубина наледи определяется слоем, где совокупный RFI становится больше CFI. Точка фронта промерзания в этот слой определяется линейной интерполяцией.
14.4.2 Теплоемкость почвы

Теплоемкость в уравнении 14.4.1 должна учитывать индивидуальную компоненты в почве и, таким образом, могут быть рассчитаны путем добавления взвешенного тепла способность каждого из различных компонентов почвы к общему количеству тепла вместимость:

C = X s · C s + X w · C w + X a · C a где
C (кал / (см3.C)) — объемная теплоемкость.
Xi (-) — объемная доля компонента i.
Ки (кал / (см3. C)) — объемная теплоемкость компонента i.
с — твердый компонент.
a — воздушная составляющая.
w — водная составляющая.

Значения объемной удельной теплоемкости 0,46, 0,45, 0,0003, 1.0 для твердых минеральных материалов, льда, воздуха и воды соответственно.Воздух составляющая не учитывалась в расчетах из-за ее малого вклада к общей теплоемкости.

Теплопроводность почвы
Коэффициент теплопроводности в уравнении 14.4.1 рассчитывается по формуле:
К = S M i · X i · K i
S M i · X i
где
K (кал / (см.с. C)) — коэффициент теплопроводности.
i — компонент почвы.
Xi — объемная доля компонента i.
Ki (кал / (см · с. C)) — удельная теплопроводность компонент i.
M_i — отношение среднего температурного градиента каждого второстепенного компонент и соответствующее количество в среде, через которое больше всего тепла переносится.

Значение M_i может быть вычислено в зависимости от формы и размера частицы и их взаимное расположение.В условиях, когда гранулы имеют эллипсоидальную форму и расположены так далеко друг от друга, что не влияют друг на друга, следующее выражение можно использовать для расчета этот параметр:

M i = M i a + M i b + M i c где
Ga — коэффициент деполяризации эллипсоида в направлении ось а.
Ko (кал / (см · с. С)) — удельная теплопроводность сплошная среда в почве (чаще всего вода или лед).
Mia — вклад в множитель M_i направления

а .

Когда содержание воздуха в почве составляет от 0,0 до 0,337, тогда значение для Ga может быть рассчитано от:

G a = 0,333 — X a / 0,427 · (0,333 — 0,35) где
Xa — объемное содержание воздуха в почве.

Были взяты следующие значения удельной теплопроводности: 20,4, 7,0, 5,2, 1,3. (мккал / (см. с. С)) для кварца, минералов, льда и воды. Ценность Фактор Ga также действителен для Gb. Значение Gc рассчитывается по формуле:

. G a + G b + G c = 1 Использование этих уравнений объясняется следующим образом: когда почва состоит только из одного компонента, например кварца, теплопроводность будет только кварц; если вода также присутствует, значение теплового проводимость будет между кварцем и водой.Когда проводимость одного вещество намного меньше другого, почти все тепло будет переносится веществом с более высокой проводимостью.

Оценка восходящего потока подземных вод к промерзающим почвам и рациональной глубины грунтовых вод на промерзание в сельскохозяйственных районах

Основные моменты

Разработана трехуровневая итерационная схема для решения модели гидротермальной связи.

Модель может точно определить глубину зеркала грунтовых вод, вызванную процессами замораживания-оттаивания.

Оценивается восходящий поток подземных вод к промерзающим грунтам.

Наибольшая глубина воздействия промерзшего грунта составляет 180 см.

Уровень замерзания грунтовых вод 100 см может обеспечить требуемые гидротермальные условия почвы.

Реферат

В засушливых сельскохозяйственных районах с небольшой глубиной водного зеркала водообмен между вадозной зоной и грунтовыми водами интенсивен в период замерзания-оттаивания и, таким образом, оказывает значительное влияние на рост сельскохозяйственных культур.Это исследование направлено на разработку одномерной модели, которая сочетает тепло и воду с переменным насыщением в сельскохозяйственных районах, подверженных сезонным замораживания-оттаивания. Чтобы уменьшить числовые колебания, возникающие во время фазового перехода при нулевой температуре, была разработана трехуровневая итерационная схема для решения модели взаимодействия воды и тепла, которая улучшает численную стабильность для моделирования воды и тепла с переменным насыщением. Точность модели оценивалась путем сравнения результатов моделирования с результатами моделирования SHAW при различном составе почвы и условиях дна.Квадрат коэффициента корреляции ( R 2 ) профилей глубины промерзания и оттаивания и температуры почвы выше 0,95, а значения среднеквадратичной ошибки ( RMSE ) от общего содержания влаги в почве ниже 0,05 см 3 / см 3 , что предполагает точность модели. В дальнейшем модель была применена для моделирования гидротермальных условий на ирригационном поле Юнлянь ирригационного района Хетао во Внутренней Монголии, Китай. Были проведены калибровка и валидация модели, и валидированная модель использовалась для прогнозирования гидротермальных изменений в соответствии со сценариями с различными температурами поверхности почвы и глубиной предварительного замерзания грунтовых вод.Результаты показывают, что процесс промерзания почвы оказывает большое влияние на колебания глубины грунтовых вод, когда глубина грунтовых вод до замерзания меньше 180 см. Максимальная глубина промерзания имеет отрицательную связь с глубиной предварительного замерзания грунтовых вод, если она меньше 180 см. Была установлена ​​эмпирическая формула для оценки восходящего потока подземных вод к промерзающим грунтам. Влажность почвы и термические условия были проанализированы на стадиях прорастания и прорастания рассады после периода замораживания-оттаивания, и в результате анализа была получена рекомендуемая глубина грунтовых вод перед предварительным замораживанием 100 см, что обеспечивает подходящую влажность почвы и тепловые условия для роста сельскохозяйственных культур. .

Ключевые слова

Модель водо- и теплового сопряжения

Глубина грунтовых вод с предварительным замерзанием

Область глубины залегания неглубоких вод

Восходящий поток грунтовых вод

Температура поверхности почвы

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Просмотреть полный текст

© 2020 Elsevier BV Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Лед озера — рост льда

Рост льда: от тонкого до толстого

Резюме:

Есть несколько довольно хороших методов прогнозирования роста льда.Один был разработан Джорджем Эштоном в 1989 году и основан на градусах холода. Это хороший метод общего назначения, когда вы плохо чувствуете условия, кроме температуры. Второй метод — шведский метод был разработан Мартином Айне (и другими?). В нем используется комбинация температуры воздуха, скорости ветра и радиационного охлаждения. Он наиболее точен для тонкого льда (до пары дюймов). Удобно угадывать, сколько льда образуется за ночь или в ближайшие день или два.Это описано в конце этой страницы.

Метод прогнозирования роста льда Ashton

Как только первый слой льда накапливается на озере, он становится толще со скоростью, которая зависит от температуры воздуха, ветрености, радиационного охлаждения, толщины ледяного покрова и любого скопления снега или инея на ледяном щите. Легче всего оценить температуру. Дни с градусами замерзания (FDD) — это среднее количество градусов ниже нуля за 24 часа. Например, средняя дневная температура составляет 17 градусов, в этот день было пятнадцать FDD.Теоретически ледяной щит будет расти со скоростью примерно один дюйм на пятнадцать FDD, начиная со льда толщиной от 1/2 до 3 дюймов (по мере того, как лед становится толще, скорость роста уменьшается в результате теплового сопротивления льда. более толстый лед). Это основано на небольшом ветре, достаточно чистом небе и отсутствии снега / инея на льду. Если нет ветра или облачно, рост льда может быть значительно медленнее.

Например, начиная с 2-дюймового льда, если максимальная температура вчера составляла 22 градуса, а минимальная за ночь — 12 градусов, среднее значение составляет 17 градусов, что дает 15 FDD за 24-часовой период.Этот метод предполагает типичную облачность и температурный профиль день-ночь. Лед должен быть примерно на дюйм толще, чем вчера. Как объясняется ниже, существует ряд причин, по которым «ваши результаты могут отличаться». Даже тонкий слой снега или толстый мороз резко замедлит скорость роста. Как всегда, проверьте лед, чтобы узнать правду.

Лед 27 мм (1,06 дюйма): недостаточно, чтобы оставаться сверху. Ему требуется еще 1 мм, чтобы с трудом выдерживать 175 фунтов.Чтобы иметь разумный коэффициент безопасности, ему нужно еще 20 или 30 дней с градусом замерзания, чтобы он стал достаточно густым.

Чтобы ледяной покров стал толще, он должен рассеять 80 калорий на грамм воды, которая превращается в лед. Тепло должно выходить из ледяного покрова либо за счет теплопроводности и конвекции в вышележащий воздух, либо за счет радиационного охлаждения с поверхности льда. Обычно, когда лед тоньше 3 дюймов, скорость охлаждения ограничивается способностью воздуха над льдом передавать тепло.Тонкий лед при температурах, близких к нулю, густеет быстрее всего при наилучших условиях радиационного охлаждения (ясное небо, низкая влажность).

Примечание. Толщина льда — не единственное, что имеет значение для несущей способности. Толщина холодного (полностью замороженного) льда убедительно рассказывает историю. Талый лед может быть от немного более слабого до более слабого, чем холодный.

Отлов:

Прежде чем лед станет толстым, он должен «схватиться», образуя первичный слой льда, который превращается во что-то, что мы можем кататься на коньках, ловить рыбу, плыть под парусом и двигаться.Есть несколько условий, поддерживающих ловлю льда:

Основная вода должна быть достаточно прохладной (обычно в диапазоне 35–37 градусов). Охлаждение воды в объеме коррелирует с глубиной воды. Ветры с небольшими одиночными числами в течение нескольких часов часто являются причиной образования и выживания нового ледяного покрова. См .: Физика льда для любителей льда , чтобы узнать больше об этом и многих других аспектах роста льда.

Как только температура в объеме достигает 39 градусов или ниже (максимальная плотность), она становится конвективно стабильной, если нет ветра для перемешивания воды.Поверхность воды охлаждается от радиационного охлаждения, холодный воздух — при слабом ветре. Озеро, скорее всего, образует лед при слабом ветре, а также при более низкой температуре воздуха и ясном небе. В этом случае на радиационное охлаждение приходится большая часть роста льда. Чистое небо позволяет излучению отводить энергию от поверхности со скоростью около 70 Вт / квадратный метр. Это помогает создать тонкий переохлажденный слой, который обычно начинает образовывать лед примерно при половине градуса (F) переохлаждения.

Чтобы первые кристаллы образовались на переохлажденном поверхностном слое, необходимо их зародить. Лучшим зародышевым агентом для этого является лед. Примеры включают снег и ледяной туман. Вода в озере также полна мелкого осадка, бактерий и других веществ, которые могут действовать как зародышеобразователи. Если будет умеренно холодно, спокойно и без снега, образуются крупные кристаллы (несколько мест зарождения). Это называется льдом без семян. Центры зародышеобразования, скорее всего, представляют собой частицы в воде. Если идет снег, на поверхности воды образуются мелкие кристаллы льда (много мест зарождения).Это называется затравленным льдом, и размер кристаллов первичного и вторичного льда невелик (обычно менее 1/2 дюйма).

    Следующие ниже графики основаны на формуле, предложенной Джорджем Эштоном в 1989 году. Она охватывает как тонкий, так и толстый лед. Раствор Стефана, которому уже более 100 лет, хорошо работает с поправочным коэффициентом от 0,5 до 0,8 для более толстого льда или очень холодных условий, но резко переоценивает скорость роста тонкого льда и менее суровых температур. В решении Стефана не учитывается теплопередача воздуха над ледяным покровом, а в формуле Эштона учитывается.Ни один из них напрямую не влияет на радиационное охлаждение, солнечное отопление, ветер, снежный покров и другие факторы, которые могут повлиять на скорость роста льда, однако, используя поправочные коэффициенты, они аппроксимируют влияние некоторых из этих факторов. На следующих графиках показаны рассчитанные темпы роста для разных периодов времени. Это может быть удобно, чтобы сделать приблизительное предположение о росте с течением времени при постоянной температуре. Как всегда, фактические измерения толщины берут верх над расчетными цифрами.

    Реальность сложнее.Температура редко бывает постоянной более нескольких часов. Радиационное охлаждение в ясную ночь может быть основной частью охлаждающего эффекта (в этой ситуации тонкий лед вырастает при температурах выше нуля). Угол наклона солнца является важным фактором, так же как наличие или отсутствие солнца, особенно в конце сезона. Холодный ветер увеличивает отвод тепла от поверхности льда. Снег — очень эффективный изолятор, который резко замедляет рост. Слякоть на поверхности или как слой внутри ледяного покрова (многослойный лед) останавливает рост на дне ледяного покрова до тех пор, пока слой слякоти полностью не замерзнет.

    Эти графики наиболее полезны для практического использования, чтобы определить, насколько ледяной щит может вырасти за день или два при довольно постоянных температурах. Например, если у вас голый лед толщиной 2 дюйма, и в следующие два полных дня он будет в среднем 10 градусов, лед, вероятно, вырастет примерно до 5 дюймов за это время. Как и во всем остальном, что касается льда, убедитесь, что вы правильно оценили ситуацию (и не используйте свой грузовик в качестве инструмента для тестирования). Есть множество причин, по которым он мог бы вырасти меньше, чем ожидалось, и не так много причин, по которым он мог бы позволить ему вырасти больше.

    В связи с этим, данные о температуре для нескольких смертельных случаев в сезоне 2013 года показывают, что им предшествовали несколько дней с температурой, близкой к нулю. Многие важные подробности происшествий неизвестны, но вполне вероятно, что лед в этих обстоятельствах может медленно таять. Оттаивание в среднем происходит примерно на 30% быстрее, чем рост, что, вероятно, является частью этой истории.

    Следующий график из статьи Эштона «Рост тонкого льда» показывает реальность в сравнении с расчетной оценкой.Три верхние строки — это решение Стефана с поправочными коэффициентами 0,5, 0,7 и 1,0. Три нижние линии относятся к подходу Эштона, при этом линии представляют различные значения коэффициента объемной теплоотдачи от верхней поверхности льда к воздуху над льдом (Hia). Я использовал значение Hia, равное 20, при построении графиков, показанных выше, поскольку они лучше всего представляют эмпирические данные. Это основано на условиях, аналогичных условиям реки Святого Лаврентия. Если интересующий вас район менее ветреный, ожидайте более медленного роста льда.(Ветры на реке Святого Лаврентия с декабря по январь в среднем дуют около 9 миль в час со средней скоростью 22 порыва).

    Большая часть данных попадает в 2 раза по сравнению с прогнозируемым значением при Hia = 20. Крайние случаи при малых толщинах (толщина 1/4 дюйма, красная стрелка), которые замерзают быстрее, чем в среднем почти в 10 раз. Это вполне может быть ситуация, когда температура немного ниже точки замерзания и радиационное охлаждение является основным механизмом охлаждения. синие стрелки указывают на темпы роста медленнее, чем обычно.Возможно, этому способствуют солнечная погода, тихий ветер, пасмурное небо или снег.

    Шведский метод прогнозирования роста льда:

    Для более детального взгляда на рост тонкого льда (менее пары дюймов) взгляните на книгу Мартена Айне Физика льда для любителей льда . Он дает следующие практические правила для роста тонкого льда в бесснежных условиях:

    Сумма:

    • 0,05 мм / ч на каждый отрицательный градус (C) температуры воздуха
    • 0.02 мм / час — произведение скорости ветра (м / с) на отрицательную температуру воздуха
    • 0,7 мм / час для 100% чистого неба и ничего для полного затмения.

    Например, если температура 32 градуса по Фаренгейту, ветра нет и небо чистое, примерно 1/3 дюйма образуется за ночь (12 часов) только в результате радиационного охлаждения. Если небо пасмурное и спокойное, температура должна быть около 7 градусов (F), чтобы вырасти 1/3 дюйма льда за 12 часов. Если облачно и дует ветер со скоростью 10 миль в час, температура должна быть 27 градусов. F, чтобы вырастить 1/3 дюйма льда за 12 часов.Это предполагает, что на воде есть слой льда, достаточно толстый, чтобы отразить ветер со скоростью 10 миль в час. Если у вас ясное небо, низкие температуры (15 градусов F) и ветер (15 миль в час), этот метод предсказывает, что за 12 часов вырастет лед толщиной 1,8 дюйма.

    Оба подхода — Эштон и Эйн — проще всего использовать, если вы поместите алгоритмы в электронную таблицу. Щелкните здесь, чтобы настроить электронную таблицу для подхода Ajne (в формате ODS — OpenOffice).

    Щелкните здесь, чтобы увидеть версию Excel (.xls)

    Дополнительная информация

    Для более обстоятельного обсуждения этого и других динамических процессов на льду я настоятельно рекомендую копию Физика льда для любителей льда Мартена Айне.Если вы дочитали до этого места в этой статье, у вас должен быть экземпляр его книги.

    Щелкните здесь, чтобы подробнее узнать о роли различных факторов в росте тонкого льда от Marten Ajne.

    Щелкните здесь, чтобы просмотреть статью Джорджа Эштона: Thin Ice Growth . Он был опубликован в WATER RESOURCES RESEARCH, VOL. 25, № 3, страницы 564-566, март 1989 г.

    Чтобы посмотреть метод прогнозирования катания на коньках Яна-Эрика Густафссона, см. Запись в блоге от 24 января 2012 г. или перейдите непосредственно на его Североамериканский сайт прогнозов.

    Ссылка на статью о толщине радиолокационного льда в Канаде

    Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о несущей способности.

    Боб

    Формула замораживания — Образ жизни — Columbia Daily Tribune

    Winter открывает новые возможности для активного отдыха. Обратите внимание на то, чем вы занимаетесь в холодный снежный день.

    Многие дети и даже некоторые энергичные взрослые выходят на улицу, чтобы покататься на санках, слепить снеговиков и бросить снежки.Еще одно интересное занятие — прогулка по поверхности того местного озера, которое сейчас замерзло.

    Однако прогулка по замерзшему озеру может быть очень опасной, если вы не разбираетесь в науке о льду. Прежде чем выходить на улицу, важно знать, как образуется озерный лед, какой толщины он должен быть, чтобы по нему можно было ходить, и другие особенности льда.

    Требуется много энергии

    Для изменения температуры воды требуется много энергии. Точно так же, как кипячение большой кастрюли с водой на плите занимает довольно много времени, вода также долго остывает.Наверняка вы заметили очень холодный снежный день в начале зимы, когда близлежащее озеро еще не замерзло. Земля остывает быстрее, чем вода, и чем больше воды в озере, тем больше времени потребуется, чтобы температура воды опустилась ниже нуля.

    Сколько времени это займет?

    Теперь вернемся к прогулке по замерзшему озеру. Когда холодный воздух находится на месте, верхний слой воды начинает охлаждаться, так как вступает в контакт с холодным воздухом. Если холодный воздух длится достаточно долго, верхний слой воды в озере будет понижать температуру до тех пор, пока не замерзнет.Лед менее плотный, чем вода, поэтому лед будет плавать над водой.

    Если холодный воздух остается на месте, лед становится все толще и толще. Но этот верхний слой льда изолирует тепло от дна озера, поэтому это не быстрый процесс.

    Ученые разработали формулу для расчета замерзания припая на озере. Вот как:

    1. Вычислите среднюю дневную температуру, сложив низкую и высокую температуру и разделив на 2. Используйте градусы Фаренгейта.Теперь вычтите это среднее из 32 градусов, температуры, при которой вода замерзает. Вы только что подсчитали то, что они называют «морозными днями».

    Пример: если низкая температура сегодня была 24 градуса, а высокая — 30 градусов, средняя дневная температура составляла 27 градусов. Вычтите это из 32, и вы получите 5 морозных дней на этот день.

    2. Основываясь на исследованиях, когда на озере образуется тонкий слой ледяной пленки, он будет добавлять 1 дюйм льда на каждые 15 дней с градусом мороза в течение 24 часов.

    Пример: Если бы у нас был день с 5 градусами замерзания, вы использовали бы формулу 5/15 = 0,33. В этот день вы должны добавить 0,33 дюйма льда или 1/3 дюйма. Но помните, это после образования первого слоя льда.

    Это показывает, сколько времени может понадобиться озеру, чтобы замерзнуть, даже после холодного дня.

    Правило четырех дюймов

    Большинство согласны, что на озере должен быть слой льда толщиной не менее 4 дюймов, чтобы на нем было безопасно играть. Вы можете использовать расчеты дня градуса замерзания, чтобы оценить, когда это произойдет, но это только приблизительные оценки.Количество солнечного света или ветра на озере, глубина озера и источник воды в озере — все это может повлиять на скорость утолщения льда.

    Ответить

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *