Закономірності деформування геомеханічної системи «фундамент-ґрунтовий масив» в зоні дії колектора теплового насоса

Abstract

Робота присвячена розробці комплексу методологічних підходів щодо ви- значення закономірностей деформування геомеханічної системи «фундамент – ґрунтовий масив» в зоні дії колектора теплового насоса. Запропоновано і дослі- джено модель основи, що дає змогу при визначені її напружено-деформованого стану врахувати зумовлені фазовими перетвореннями порової рідини додаткові напруження і деформації. У межах схеми роздільного розрахунку запропонова- но методики обчислення додаткового осідання та оцінки несучої здатності по ґрунту, у яких розміщено колектори теплових насосів, при врахуванні впливу фазових переходів під час заморожування – розморожування ґрунту. Ці резуль- тати узагальнено на випадок схеми сумісного розрахунку, у межах якої розроб- лено методику визначення додаткового осідання основи, а також деформацій і напружень у конструкціях, розміщених на ній, зумовлених фазовими перехода- ми у разі заморожування – розморожування ґрунту під час роботи теплових на- сосів. Вирішена задача визначення додаткових напружень, які виникають в елементах конструкцій фундаментів, що одночасно є несучими конструкціями споруди і колекторами теплових насосів, а також розроблено практичні реко- мендації із розрахунку і проектування основ і фундаментів, у яких розміщено колектори теплових ґрунтових насосів.

горный университет, Днепропетровск, 2015. Работа посвящена разработке комплекса методологических подходов к определению закономерностей деформирования геомеханической системы «фундамент - грунтовый массив» в зоне действия коллектора теплового насоса. Выявлены дополнительные воздействия на основания и расположенные в них фундаменты и конструкции, обусловленные работой тепловых насосов. Исследованы закономерности изменения свойств бетонных конструкций и грунта, причиной которых является теплообмен между основанием и распо- ложенным в нем коллектором теплового насоса. В частности, установлено, что наибольшее ухудшение деформационных и прочностных свойств имеет место при циклическом замораживании – оттаивании поровой жидкости. Аналогич- ный вывод был сделан относительно несущей способности одиночных свай. Исследованы закономерности сезонного изменения температуры на по- верхности грунтового основания от времени. Показано, что эта зависимость с высокой точностью может быть описана полиномом четвертой степени (коэф- фициент корреляции более 0,95). Получены теоретические решения фундаментальных задач о распределе- нии температуры в полупространстве от плоского источника температуры и объемного источника тепла, с использованием которых могут быть решены за- дачи об определении температурных полей в грунтовых основаниях, обуслов- ленных теплообменом с коллекторами тепловых насосов произвольной формы в плане и пространстве. Эти результаты были использованы для практических расчетов температур в окрестности плоского и четырех U-образных коллекторов тепловых насосов. Получено фундаментальное решение задачи об определении вертикальных перемещений, обусловленных действием расположенного внутри основания то- чечного источника давления. На его основе разработана методика раздельного расчета дополнительных деформаций, обусловленных теплообменом грунтовых оснований с расположенными в них коллекторами тепловых насосов. Предложена и исследована модель основания, которая позволяет при оп- ределении ее напряженно-деформированного состояния учесть обусловленные фазовыми превращениями поровой жидкости дополнительные напряжения и деформации. В рамках схемы раздельного расчета предложены методики вычисления дополнительных осадок и оценки несущей способности по грунту оснований, в которых размещены коллекторы тепловых насосов, при учете влияния фазовых переходов при замораживании - оттаивании грунта. Эти результаты обобщены на случай схемы совместного расчета, в рамках которой разработана методика определения дополнительных осадок основания, а также деформаций и напряжений в расположенных на нем фундаментов и над- фундаментных конструкций, обусловленных работой тепловых насосов. Решена задача определения дополнительных напряжений, возникающих в элементах конструкций фундаментов, которые одновременно являются несущи- ми конструкциями сооружения и коллекторами тепловых насосов, а также раз- работаны практические рекомендации по расчету и проектированию оснований и фундаментов, в которых размещены коллекторы тепловых грунтовых насосов. Результаты изложенных в диссертации исследований были использованы: в учебном процессе вуза «Львовская политехника» (чтение лекций, научно – исследовательские исследования, квалификационные работы); разработке про- граммы Львовского областного совета по экономии не возобновляемых ресур- сов, разработке Министерством Минрегионразвития нормативных документов по внедрению систем, позволяющих использовать низкопотенциальное тепло грунтовых оснований для нужд отопления.

The work is dedicated to the development of complex methodological approaches to determining the deformation geomechanical system "foundation - soil mass" in the area of the collector heat pump. Proposed and studied a model framework, which enables it in determining the stress-strain state into account due to pore fluid phase transformations additional stress and strain. Under the scheme proposed separate calculation methods of calculation and evaluation of additional sedimentation on the soil bearing capacity, which hosted the collectors heat pumps, taking into account the impact of phase transitions during freezing - thawing soil. These results are generalized to the case of joint calculation scheme within which the method of determining additional basics subsidence and deformation and stresses in structures placed on it due to phase transitions in the case of freezing - thawing soil during heat pumps. The problem determining additional stresses that occur in structural elements foundations, who is also the building blocks constructions and collectors heat pumps, as well as practical recommendations of the analysis and design of bases and foundations, which contains thermal collectors groundwater pumps.