Температурно-статическое зондирование: анализ теплофизического взаимодействия зонда с грунтом

DOI: 10.37153/2618-9283-2026-1-163-179

Авторы:  
Рубрики:    Основания и фундаменты, подземные сооружения   
Ключевые слова: температурно-статическое зондирование, теплофизическая модель, тепловые потоки, температура зонда, эффект псевдоаномального охлаждения зонда
Аннотация:

Введение. Исследование метода испытания грунтов в криолитозоне температурно-статическим зондированием (Т-СРТ), а также интерпретация получаемых данных с целью определения геотехнических характеристик грунтов, используемых при расчете оснований и фундаментов, связано с решением ряда научно-технических задач.

Цель. Разработка модели и анализ теплофизического взаимодействия системы «Т-СРТ зонд – грунт» с учетом влияния различных факторов (вида, состояния и температуры грунта; скорости зондирования и др.).

Материалы и методы. Полное исследование этих факторов опытным путем является весьма сложной задачей. В этих условиях особую актуальность приобретает разработка адекватных моделей такого взаимодействия. В работе представлена разработка модели теплофизического взаимодействия зонда с талым и мерзлым грунтом в процессе его задавливания. Для мерзлых грунтов рассмотрены различные варианты соотношения тепловых потоков трения и фазовых переходов, а также его влияния на изменение температуры зонда.

Результаты. Предложена модель, позволяющая объяснить и спрогнозировать характер изменения температуры зонда в процессе испытания талых и мерзлых грунтов с учетом характеристик зонда и грунта, скорости зондирования. Модель дает возможность объяснить физику и условия возникновения «эффекта псевдоаномального охлаждения зонда» при испытании пластично-мерзлых грунтов.

Выводы. Теплофизическое взаимодействие зонда с мерзлым грунтом носит более сложный характер, чем с талым – при зондировании пластично-мерзлых грунтов температура зонда может не только повышаться, но и понижаться. Механическое взаимодействие зонда с мерзлым грунтом следует рассматривать с учетом их теплофизического взаимодействия.

Список литературы:

1.        Аметистов Е.В. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник / Е.В. Аметистов, В.А. Григорьев Б.Т. Емцев и др. М.: Энергоиздат, 1982. 512 с.

2.        Гречищев С.Е. Теоретические и экспериментальные исследования поля температур и напряжений под коническим пенетрометром в мерзлом грунте / С.Е. Гречищев, А.А. Жигульский, Шарбатян А.А. // Тез. докл. Всесоюзн. совещ. по мерзлотоведению / МГУ. М., 1970. С. 142–143.

3.        Ершов Э.Д. Общая геокриология / Э.Д. Ершов. М.: МГУ, 2002. 683 с.

4.        Исаев О.Н. Идентификация талого и мерзлого состояний грунтов методом статического зондирования / О.Н. Исаев // Материалы IX Международного симпозиума «Проблемы инженерного мерзлотоведения». г. Мирный. 2011. С. 63–67.

5.        Комаров И.А. Термодинамика и тепломассообмен в дисперсных мерзлых породах / И.А. Комаров. М.: Научный мир, 2003. 608 с.

6.        Комаров И.А. Термодинамическое описание фазового и химического равновесия влаги в дисперсных мерзлых и промерзающих грунтах. Часть 1 // Инженерная геология. 2020. Том ХV. № 1. С. 52–68. https://doi.org/10.25296/1993-5056-2020-15-1-52-68.

7.        Кошкин Н.И. Справочник по элементарной физике / Н. И. Кошкин, М. Г. Ширкевич. — М.: Наука, 1975. 245 с.

8.        Рыжков И.Б. Статическое зондирование грунтов / И. Б. Рыжков, О. Н. Исаев. М.: АСВ, 2010. 496 с.

9.        Трофимов В.Т. Грунтоведение / В. Т. Трофимов. М.: Изд-во МГУ, 2005. 1024 с.

10.    Чичинадзе А.В. Основы трибологии (трение, износ, смазка) / А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 2001. 664 с.

11.    Чувилин Е.М. Экспериментальное изучение влияния состава и давления газа на температуру замерзания поровой воды в газонасыщенных породах / Е.М. Чувилин, Д.А. Давлетшина, Б.А. Буханов, С. И. Гребенкин, В. А. Истомин, Д.В. Сергеева, К. Бадец, Ю.В. Станиловская // Криосфера земли. 2019. Т. XXIII. № 5. С. 49–57.

12.    Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов / Н.А. Цытович. М.: Высшая школа, 1973. 448 с.

13.    Цытович Н.А. К теории равновесного состояния воды в мерзлых грунтах. Известия Академии наук СССР. Серия географическая и геофизическая. 1945. Том 9. № 5. С. 493–502.