ГОСТ 57361-2016 (ISO 13793:2001) содержит рекомендации по применению фундаментов мелкого заложения, а также методы расчета глубины промерзания грунта с помощью простой формулы или использования МКЭ.
Эти методы предусматривают учет теплоты замерзания (оттаивания) воды в 1 кг почвы, то есть учет фазового перехода вода - лед или лед - вода.
Непосредственно программа ELCUT не моделирует фазовый переходы, но это можно реализовать за счет увеличения теплоемкости почвы в узком температурном диапазоне фазового перехода. Площадь под графиком теплоемкости (С - T) должна соответствовать теплоте замерзания воды.
Исходя из того, что почва замерзает в диапазоне от 0°С до -1°C, изменение теплоемкости моделировалось по треугольному закону в диапазоне от +0.5 до -1.5 Большего сужения области не удалось достичь из-за потери сходимости при расчете.
Модель и граничные условия
Модель грунта имеет следующий вид
Глубина грунта - 15 м
По двум вертикальным границам и нижней горизонтальной границе модели применялось предусмотренное ГОСТ 57361 условие адиабатной границы (q=0), по линии контакта с окружающим воздухом использовался годичный косинусоидальный цикл изменения температуры
ГОСТ также предусматривает подбор амплитуды косинусоиды по индексу промерзания для данной местности. То есть амплитуда в приведенном выше уравнении должна обеспечивать площадь области отрицательных температур равную индексу промерзания.
К сожалению, СТО 365545 01-12-2008 содержит карту распределения индексов промерзания только для европейской части РФ (см. рис.).
Свойства грунта
ГОСТ 57361 предлагает использовать для расчета указанные в нормативном документе следующие теплофизические свойства пучинистого грунта, если нет данных по реальным свойствам.
Коэффициент теплоемкости незамерзшего грунта - 1670 Дж/К*кг
Коэффициент теплоемкости незамерзшего грунта - 1060 Дж/К*кг
Теплота замерзания воды в 1 кг почвы - 83 300 Дж/кг
Плотность почвы - 1800 кг/куб. м
Результаты расчета в программе ELCUT
Программа ELCUT позволяет рассчитать распределение температур по глубине грунта в любой момент времени. Для пучинистого грунта с крайне высоким содержанием воды глубина промерзания с апреля по июнь практически не меняется и для местности с индексом промерзания 50 000 равна 2.4 - 2.5 м
Расчет по приближенной формуле из ГОСТ 57361 - 2016 дает значение 2.36 м
На следующем рисунке приведено распределение температуры по глубине для начала мая
Уважаемые проектировщики прошу добавлять комментарии. Я отвечу на все вопросы.
#ГЛУБИНА ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТА
#РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
#РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ С ФАЗОВЫМ ПЕРЕХОДОМ
