Введение к работе
Актуальності» темы. Актуальность проблемы льдопакоплення и текстурообразования в промерзающих фунтах обусловлена тесной связью этого процесса с деформациями пучения при образовании шлиров ого льда и осадкой грунтовой толщи при его оттаивании. Явление пучения грунта при промерзании может приводить к разрушениям и деформациям инженерных объектов: зданий, дорог, опор трубопроводов и линий электропередач. Важным элементом в решении этой проблемы является создание методов расчета параметров криотекстуры, адекватно описывающих экспериментальные данные.
Цель работы. Разработка математической модели и создание методики расчета криогенных слоистых текстур в промерзающих водонасыщенных грунтах.
Научная новизна. Впервые дано последовательное описание стационарного процесса льдообразования на поверхности жесткого фильтра, включая режим плавления.
Обоснована необходимость учета зависимости температуры начала замерзания от внешней нагрузки, анизотропии напряжения в поровом льду и консолидационных свойств талого грунта при моделировании процессов текстурообразования в промерзающих грунтах.
На основе анализа режеляциопных процессов предложено уравнение течения льда через пористую сред)', которое является новым элементом модели текстурообразования в промерзающих грунтах.
Предложена математическая модель текстурообразования в промерзающих средах. Основное отличие от существующих аналогичных моделей заключается в ведении трех факторов: зависимости температуры начала 'замерзания от внешней наїрузкп, анизотропии напряжения в поровом льду и сжимаемости талого ірунта.
Впервые проведено сопоставление расчетных параметров криогенных текстур с результатами эксперимента. Показано, что введенные в модель поправки улучшают соответствие расчетов опытным данным.
Установлено существенное влияние сжимаемости талой зоны на показатели криотекстур.
Впервые проведены экспериментальные работы по изучению влияния нагрузки на параметры криотекстур при первичном и вторичном промерзании грунтов, что позволило оценить существуто-
щие методы расчета криотекстур и наметить пути их улучшения.
Практическая ценность. Результаты работы показывают целесообразность применения квазнстационарной модели при изучении влияния различных факторов на процесс текстурообразования в промерзающих грунтах. Преимущества модели: экономия времени в расчетных процедурах, ясность и простота системы уравнений упрощает анализ и пнтерпретацшо получаемых результатов.
Данная модель является основой для прогноза величины деформации и усадки поверхностных фундаментов при промерзании массива грунта.
Достоверность. В теоретической части исследований применялись стандартные методы математической физики, известные уравнения гидродинамики течения жидкости в пленках, уравнения неразрывности механики многофазных сред. Все предположения н допущения оговариваются отдельно. При численном решении задач применялись стандартные методы решения системы уравнений, программы вычислении проходили многочисленные тесты при различных входных параметрах. По возможности задачи решались несколькими методами, а результаты расчетов сравнивались между собой. В экспериментальной части исследовании применялись стандартные методы и методики измерений и приготовления образцов. Для измерений использовалась высокоточная поверенная аппаратура. Проверка достоверности теоретических результатов, включала также сравнение расчетов как с известными экспериментальными данными, так и специальными опытами, проделанными автором с коллегами.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались: на коїгкурсе молоділх ученых и специалистов Института проблем освоения Севера, Тюмень, 1988; на III Всесоюзной конференции по механике и физике льда, Москва, 1988; на Международном симпозиуме " Геокриологические исследования в арктических районах", Ямбург, 1989; на научном семинаре в лаборатории теп-ломассоперсноса в пористых средах Института проблем освоения Севера, Тюмень, 1989, 1990; на расширенном заседании Научного Совета по Криологии Земли АН СССР, 1990; на научном семинаре Института механики многофазных систем, Тюмень, 1996. Результаты работы вошли в отчеты по программе " Сибирь-91" и РФФИ-94,95.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, содержащего 160 наименования. Общий объем диссертации составляет 107 страниц.