книги / Энергоэффективные конструкции в подземном строительстве

Окончание табл. 3 . 4

Таблица 3 . 5

Физико-механические свойства ИГЭ-2

Окончание табл. 3 . 5

Окончание табл. 3 . 7

3.1.2. Определение теплофизических характеристик грунтов

Для определения теплофизических характеристик грунтового основания выполнены лабораторные исследования образцов грунта, отобранных при проведении инженерно-геологических изысканий площадки. Были определены два основных теплофизических параметра грунтов: теплопроводность λ и удельная теплоемкость с.

Определение теплопроводности производилось при помощи прибора ИТП-МГ4 «250», согласно ГОСТ 7076–99. Принцип работы прибора заключается в создании стационарного теплового потока, проходящего через плоский образец определенной толщины и направленного перпендикулярно к лицевым граням образца. При испытании измеряются толщина образца, плотность теплового потока и температура противоположных лицевых граней. Исходя из этих данных определяется теплопроводность λ:

где λ – теплопроводность, Вт/(м·К); Н – толщина образца, м; q – плотность стационарного теплового потока, Вт/м2; Tн, Tх – соответственно температура горячей и холодной лицевой грани испытываемого образца, К.

Погрешность измерения теплопроводности с помощью прибора ИТП-МГ4 «250» составляет не более 5 %.

Определение удельной теплоемкости произведено при помощи термостата по ГОСТ 23250–78. Метод определения удельной теплоем-

53

кости основан на измерении количества теплоты, отданной нагретым до заданной температуры образцом известной массы.

Образцы грунта после подготовки, маркировки и взвешивания помещались в герметичную упаковку и термостатировались в холодильной камере в течение суток при температуре 11–13 °С с контролем и регистрацией температуры.

Емкость термостата перед проведением серии замеров заполнялась водой температурой 51–53 °С с целью достижения температуры цикла измерений (предварительного прогрева термостата) и сокращения времени установления стационарного состояния.

После прогрева термостата в емкости подготавливалась вода температурой 51–53 °С, корректировалась масса с целью приближения к расчетной величине, заливалась в емкость термостата. В момент достижения водой температуры 50 °С в емкость помещался образец грунта из холодильной камеры и при перемешивании воды определялось и регистрировалось установившееся значение температуры смеси.

Удельная теплоемкость образца грунта вычислялась из уравнения теплового баланса:

где сгр, сж – удельная теплоемкость грунта и жидкости, Дж/(кг·К); mгр, mж – масса образца грунта и жидкости, кг; tгр, tж, tсм – начальная температура грунта, начальная температура жидкости, установившаяся температура смеси жидкости и грунта, °С.

Результаты проведенных лабораторных испытаний приведены в табл. 3.8. Для получения нормативных значений теплопроводности и удельной теплоемкости проведена статистическая обработка этих результатов (табл. 3.9).

Таблица 3 . 8

Результаты испытаний по определению теплопроводности и удельной теплоемкости образцов грунта

Окончание табл. 3 . 8

55

Таблица 3 . 9

Данные статистической обработки результатов определения теплопроводности и удельной теплоемкости образцов грунта

56

Таблица 3 . 1 0

Сравнительная характеристика значений теплопроводности и удельной теплоемкости образцов грунта, полученных по результатам

испытаний, с данными нормативной и справочной литературы

Анализ данных, приведенных в табл. 3.10, показывает, что данные, полученные при лабораторных исследованиях, достоверны. В целом полученные значения теплопроводности и удельной теплоемкости сопоставимы с данными справочной и нормативной литературы.

3.1.3. Мониторинг распределения температурных полей в грунтовом массиве и температуры наружного воздуха

Планирование и оборудование для проведения мониторинга.

Мониторинг распределения температурных полей проведен путем установки термопреобразователей сопротивления (датчиков температуры) в грунтовом массиве.

57

Получаемая тепловая энергия от ЭЭФ является переменной во времени и зависит от колебаний температуры в грунтовом массиве, которые обусловлены, прежде всего, сезонными колебаниями наружного воздуха. Также известно, что температура в грунтовом массиве с определенной глубины является постоянной и не зависит от колебаний температуры наружного воздуха.

Для определения границ исследования колебаний температуры в грунтовом массиве по глубине проведен анализ существующих исследовательских работ, который показал, что температура грунта стабильна начиная с глубины 10–15,0 м.

При определении границ исследования также учитывались инже- нерно-геологические условия г. Перми, а именно: глубина залегания коренных пород – аргиллитов составляет, как правило, 15–20 м от уровня поверхности, соответственно отметка подошвы фундаментов зданий и сооружений располагается не ниже этого диапазона глубин.

На основании проведенного анализа граница исследования распределения температуры в грунтовом массиве принята 20 м. Шаг установки термопреобразователей сопротивления, для обеспечения достаточной точности построения графика распределения температур по глубине, принят 1,0 м.

В дальнейшем для анализа влияния колебаний температуры наружного воздуха на температуру в грунтовом массиве предусмотрен термопреобразователь сопротивления, фиксирующий температуру наружного воздуха.

Для замеров температуры грунтового массива и наружного воздуха использован термопреобразователь сопротивления ТС 1388/4 (рис. 3.4). Характеристики термопреобразователя приведены в табл. 3.11.

Рис. 3.4. Общий вид термопреобразователя сопротивления ТС 1388/4

58

* t – измеряемая температура, °С.

Для сбора получаемых данных применен регистратор безбумажный РТМ-59. Регистратор безбумажный предназначен для измерения, длительной регистрации и контроля температуры и других неэлектрических величин (частоты, давления, расхода, уровня и др.), преобразованных в электрические сигналы силы, напряжения постоянного тока

иактивное сопротивление постоянного тока.

Врегистраторе носитель информации – внутренняя и внешняя флэш-память. Отображение измеряемых величин происходит на цветном LCD-экране. Возможны три варианта отображения: график, гистограмма или таблица.

Общий вид регистратора РТМ-59 представлен на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Общий вид регистратора безбумажного РТМ-59

Техническая характеристика регистратора безбумажного РТМ-59:

Монтаж системы мониторинга. Установка термопреобразователей сопротивления производилась в предварительно пробуренную скважину глубиной 20,0 м. Бурение скважины производилось буровой установкой УБР-2А-2. Бурение велось под защитой обсадной трубы диаметром 146 мм.

Длина кабелей термопреобразователей сопротивления варьировалась от 8 до 28 м с шагом 1,0 м (для термопреобразователей, устанавливаемых на глубину от 0 до 19 м соответственно). Кабели связывались в жгут с шагом датчиков 1,0 м. Общая длина жгута – 28,0 м.

Полученный жгут устанавливался в пробуренную скважину до извлечения обсадной трубы. Скважина перед установкой жгута предварительно прочищалась. Для фиксации местоположения термопреобразователей сопротивления по высоте на время извлечения обсадной трубы жгут перед установкой крепился к жесткой стальной проволоке диаметром 3 мм. После извлечения обсадной трубы жгут жестко крепился в уровне поверхности грунта для предотвращения его «затягивания» во время обсадки скважины. Вид смонтированного жгута приведен на рис. 3.6, схема монтажа жгута с термопреобразователями сопротивления – на рис. 3.7.

Рис. 3.6. Фото смонтированного жгута

60