Моделирование теплового режима дорожной одежды и земляного полотна лесовозных дорог. С. 133–142

УДК

625.852

DOI:

10.37482/0536-1036-2024-5-133-142

Аннотация

Почти на всей территории лесных районов Российской Федерации в зимний период наблюдается промерзание грунтов. Воздействие отрицательных температур на пылевато-глинистые грунты становится причиной ряда неблагоприятных процессов, которые изменяют свойства самих грунтов. В число самых неблагоприятных из этих процессов входит накопление влаги в грунтах под влиянием перемещения фронта промерзания. При замерзании водонасыщенные глинистые грунты резко увеличиваются в объеме. Это приводит к появлению морозного пучения в активной зоне земляного полотна лесных дорог, что крайне негативно воздействует на конструкцию всей дорожной одежды и может повлечь за собой повреждение покрытия с резким ухудшением транспортно-эксплуатационных качеств лесных дорог. Для борьбы с морозным пучением необходимо изучение закономерностей изменения водно-теплового режима дорожных конструкций. Наибольшее значение для прогнозирования морозного пучения и разработки мероприятий по борьбе с этим явлением имеет глубина промерзания дорожной одежды и земляного полотна. В статье описаны разработанная система мониторинга температуры дорожной конструкции на глубину до 3 м и результаты измерений, позволяющие оценить изменение температуры на различной глубине от поверхности дороги и определить глубину промерзания. Всего было установлено 32 датчика с шагом 10 см. Выполнено численное моделирование процесса промерзания дорожной одежды и верхней части земляного полотна лесной дороги со сравнением результатов с показателями натурных наблюдений. Выявлена хорошая сходимость данных. По итогам опытных исследований промерзание составило 173 см, численного моделирования – 190 см. Средняя погрешность результатов численного моделирования процесса промерзания покрытия и верхней зоны земляного полотна лесной дороги – 8–10 % по сравнению с опытными данными.

Сведения об авторах

В.И. Клевеко, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: G-8404-2016, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7251-9598
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, просп. Комсомольский, д. 29, г. Пермь, Россия, 614990; vlivkl@mail.ru

Ключевые слова

лесные дороги, глубина промерзания, тепловой режим, сезонное промерзание, численное моделирование промерзания, датчики температуры

Для цитирования

Клевеко В.И. Моделирование теплового режима дорожной одежды и земляного полотна лесовозных дорог // Изв. вузов. Лесн. журн. 2024. № 5. С. 133–142. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-5-133-142

Литература

1. Апталаев М.Н., Жалко М.Е. Влияние водно-теплового режима основания автомобильной дороги на состояние дорожной одежды // Трансп. сооружения. 2016. Т. 3, No 4. Ст. No 2. Режим доступа: https://t-s.today/PDF/02TS416.pdf (дата обращения: 11.09.24). ttps://doi.org/10.15862/02TS416

2. Богатырева Т.В. Моделирование промерзания грунта земляного полотна автомобильной дороги с использованием расчетных программных комплексов // Ежегодная национальная научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов Мытищинского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана по итогам научно-исследовательских работ за 2020 г.: сб. тез. докл. Красноярск: Науч.-инновац. центр, 2021. С. 44–45. 

3. Бургонутдинов А.М., Кашапова К.Р., Клевеко В.И., Моисеева О.В. Моделирование сезонного промерзания земляного полотна автомобильной дороги // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: материалы науч.-практ. конф. с междунар. участием. Пермь: ПНИПУ, 2015. С. 346–350. 

4. Бургонутдинов А.М., Рудов С.Е., Григорьев И.В., Ефимов Д.С., Швецова В.В. Экспериментальные исследования теплового режима в слоях дорожного покрытия магистральных лесовозных дорог // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. No 2. С. 146–158. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-2-146-158

5. Вырко Н.П., Ращупкин С.В. Влияние морозного пучения на состояние транспортных путей // Тр. Белорус. гос. технол. ун-та. Сер. 2: Лесн. и деревообраб. пром-сть. 2002. No 10. С. 119–122. 

6. Гаврилов Т.А., Хорошилов К.В., Колесников Г.Н. Сезонное промерзание лесовозной грунтовой дороги: моделирование условий появления поперечных трещин // Resources and Technology. 2018. Т. 15, No 3. С. 29–42. https://doi.org/10.15393/j2.art.2018.4201

7. Жалко М.Е. Промерзание грунта, как причина ДТП на территории Пермского края // Интернет-журн. Науковедение. 2014. No 1 (20). Ст. No 62. Режим доступа: https://naukovedenie.ru/PDF/06TVN114.pdf (дата обращения: 11.09.24). 

8. Жалко М.Е., Бургонутдинов А.М. К вопросу процесса промерзания грунта с точки зрения математического моделирования // Теория и практика соврем. науки. 2021. No 12 (78). С. 124–132. 

9. Жалко М.Е., Бургонутдинов А.М. Влияние водно-теплового режима основания лесовозной автомобильной дороги на состояние дорожной одежды // Теория и практика соврем. науки. 2021. No 12 (78). С. 133–140. 

10. Золотарь И.А. Теоретические основы применения тонкодисперсных грунтов для возведения земляного полотна автомобильных дорог в северных районах области многолетнемерзлых грунтов. М.: Транспорт, 1988. 134 с. 

11. Илларионов В.А., Слабиков В.С., Вайс К.Е. Исследование влияния природно-климатических условий Севера на строительство зданий и сооружений и автомобильных дорог // Науч. знание современности. 2017. No 4 (4). С. 124–130.

12. Корсунский М.Б., Россовский П.Д., Волчанский Г.В. Регулирование водно-теплового режима земляного полотна автомобильных дорог в районах сезонного промерзания // Труды СоюзДорНИИ. Вып. 13. М., 1966. С. 83–94. 

13. Краев А.Н., Пермитина Т.В., Завьялов В.А. Методы прогноза водно-теплового режима земляного полотна и основания автомобильной дороги на примере ЯНАО // Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири: сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф.: в 3 т. / редкол.: М.Н. Чекардовский, Л.Н. Скипин, В.В. Воронцов, А.Е. Сбитнев. Т. I. Тюмень: РИО ТюмГАСУ, 2014. С. 32–40.

14. Лопашук А.В., Лопашук В.В., Ермолин В.Н. Регулирование водно-теплового режима автомобильных дорог Камчатского края с учетом региональных особенностей // Вестн. Евраз. науки. 2021. Т. 13, No 2. Ст. No 8. Режим доступа: https://esj.today/PD-F/16SAVN221.pdf (дата обращения: 11.09.24). 

15. Никитина О.В. Факторы развития процессов морозного пучения, сезонного набухания и оттаивания грунтов на автомобильных дорогах Чувашской Республики // Естественнонауч. исследования в Чувашии. 2015. No 2. С. 81–84. 

16. Погода России. Режим доступа: http://meteo.infospace.ru/ (дата обращения: 08.12.23). 

17. Сапелкин Р.С., Меерсон В.Э., Меерсон М.В., Скрыпников А.В., Казачек М.Н. Особенности районов строительства лесовозных автомобильных дорог // Resources and Technology. 2022. Т. 19, No 3. С. 30–43. https://doi.org/10.15393/j2.art.2022.6323

18. Сергеев А.С., Юшков Б.С. О промерзании глинистого грунта и миграции воды в конструкции дорожной одежды // Трансп. сооружения. 2014. Т. 1, No 1 (1). Ст. No 2. Режим доступа: https://t-s.today/PDF/02TS114.pdf (дата обращения: 11.09.24). https://doi.org/10.15862/02TS114

19. Burgonutdinov A.M., Kleveko V.I. Monitoring of Changes in the Thermal Regime in the Road Structure. Journal of Physics: Conference Series, 2021, vol. 1928, art. no. 012047. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1928/1/012047

20. Gates J.B., Scanlon B.R., Mu X., Zhang L. Impacts of Soil Conservation on Groundwater Recharge in the Semi-Arid Loess Plateau, Сhina. Hydrogeology Journal, 2011, vol. 19, pр. 865–875. https://doi.org/10.1007/s10040-011-0716-3

21. Huo S., Jin M., Liang X., Lin D. Changes of Vertical Groundwater Recharge with Increase in Thickness of Vadose Zone Simulated by One-Dimensional Variably Saturated Flow Model. Journal of Earth Science, 2014, vol. 25, pp. 1043–1050. https://doi.org/10.1007/s12583-014-0486-7

22. Ibrahim M., Favreau G., Scanlon B.R., Seidel J.L., Coz Le M., Demarty J., Cappelaere B. Long-Term Increase in Diffuse Groundwater Recharge Following Expansion of Rainfed Cultivation in the Sahel, West Africa. Hydrogeology Journal, 2014, vol. 22, iss. 6, pp. 1293–1305. https://doi.org/10.1007/s10040-014-1143-z

23. Jong de G., Kouwenhoven M., Bates J., Koster P., Verhoef E., Tavasszy L., Warffemius P. New SP-Values of Time and Reliability for Freight Transport in the Netherlands. Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review, 2014, vol. 64, pp. 71–87. https://doi.org/10.1016/j.tre.2014.01.008

24. Kouwenhoven M., Jong de G.C., Koster P., Berg van den V.A.C., Verhoef E.T., Bates J., Warffemius P.M.J. New Values of Time and Reliability in Passenger Transport in the Netherlands. Research in Transportation Economics, 2014, vol. 47, pp. 37–49. https://doi.org/10.1016/j.retrec.2014.09.017

25. Kozlov V.G., Skrypnikov A.V., Sushkov S.I., Kruchinin I.N., Grigorev I.V., Nikiforov A.A., Pilnik Y.N., Teppoev A.V., Lavrov M., Timokhova O.M. Enhancing Quality of Road Pavements through Adhesion Improvement. Journal of the Balkan Tribological Association, 2019, vol. 25, iss. 3, pp. 678–694.

26. Kurtzman D., Scanlon B.R. Groundwater Recharge through Vertisols: Irrigated Cropland vs. Natural Land, Israel. Vadose Zone Journal, 2011, vol. 10, iss. 2, pp. 662–674. https://doi.org/10.2136/vzj2010.0109

27. Peer S., Koopmans C.C., Verhoef E.T. Prediction of Travel Time Variability for Cost-Benefit Analysis. Transportation Research Part A: Policy and Practice, 2012, vol. 46, iss. 1, pp. 79–90. https://doi.org/10.1016/j.tra.2011.09.016