§ 3. Показатели теплофизических свойств мерзлых грунтов

Температурное поле грунтов в значительной мере определяется их теплофизическими характеристиками и, в первую очередь, показателями теплоемкости и теплопроводности, зависящими от физических свойств грунтов, их плотности и влажности.

Оценка теплофизических свойств грунтов основания, обладающих разнородными характеристиками, может производиться по осредненным характеристикам отдельных слоев.

Весовая теплоемкость для талых грунтов приближенно

(III-19)

для мерзлых грунтов

(III-20)

Для песчаных, гравийных и галечных грунтов при температуре ниже -0,5 °С, относительная льдистость которых практически равна 1,

(III-21)

где W - весовая влажность грунтов, выраженная в долях единицы;

i₀ - относительная льдистость.

Объемная теплоемкость грунтов

(III-22)

где γ_об - объемный вес грунта в ^кг/_см³;

С - весовая теплоемкость грунта.

Чем больше влаги содержит грунт, тем большей теплоемкостью он обладает, так как теплоемкость воды и льда соответственно в 2,5-5 раз выше, чем у минеральных составляющих грунта.

Рис. III-14. Теплофизические характеристики грунтов. а - талых; б - мерзлых

Для мерзлых глинистых грунтов, теплоемкость которых зависит не только от влажности, но и от величины относительной льдистости, значения С можно принимать по графику (рис. III-14, б), составленному для См в зависимости от W+W_н, где содержание незамерзшей воды W_н зависит от температуры (см. рис. III-4); остальные величины на том же графике определяются в зависимости от W.

Одной из характеристик в . теплотехнических расчетах является скрытая теплота плавления льда, под которой подразумевается количество тепла, расходуемое на плавление льда, содержащегося в единице объема мерзлого грунта:

(III-23)

где ρ - скрытая теплота плавления 1 кг льда, принимаемая равной 80 ^ккал/_кг;

V_л - объем льда в м³.

В свою очередь

Коэффициент теплопроводности грунта λ, также как и теплоемкость зависит от плотности и влажности, состава и в меньшей степени от температуры его.

Для ориентировочных определений коэффициента теплопроводности грунтов с влажностью, не превышающей полного насыщения, можно пользоваться графиками, составленными по данным В. П. Ушкалова и М. С. Керстена (США, университет штата Минесота).

Для глинистых грунтов значения Км на графике указаны при температуре -10 °С; при другой температуре они определяются по формуле

Важной теплофизической характеристикой грунта является коэффициент температуропроводности, характеризующий скорость выравнивания в нем температуры

(III-24)