Расчёт температуры грунта на заданной глубине

Часто при проектировании раздела “Энергоэффективность” для моделирования температурных полей, расчёта глубины промерзания и для других расчётов необходимо узнать температуру грунта на заданной глубине. Рассмотрим способы определения температуры грунта для малых и больших глубин.

Температуру грунта на глубине измеряют с помощью вытяжных почвенно- глубинных термометров. Это плановые исследования, которые регулярно проводят метеорологические станции. Данные исследований служат основой для климатических атласов и нормативной документации.

вытяжные термометры

Для получения температуры грунта на заданной глубине можно попробовать, например, несколько простых способов. Оба способа заключаются в использовании справочной литературы:

  1. Для приближённого определения температуры можно использовать документ ЦПИ-22. “Переходы железных дорог трубопроводами”. Здесь в рамках методики теплотехнического расчёта трубопроводов приводится таблица 1, где для определённых климатических районов приводятся величины температур грунта в зависимости от глубины измерения. Эту таблицу я привожу здесь ниже.

Таблица 1

табл.1

  1. Таблица температур грунта на различных глубинах из источника “в помощь работнику газовой промышленности” еще времён СССР. 

1

2

3

4

5

6

Можно, конечно, попробовать рассчитать температуру грунта, например, по методике, изложенной в книге С.Н.Шорин “Теплопередача” М.1952. На стр.115 через распределение амплидуд колебаний температуры в массе грунта. Но такой расчёт весьма сложный и не всегда оправдан.

doc_расчёт температуры на глубине

Я думаю, что самый простой вариант, это воспользоваться вышеуказанными справочными данными, а затем интерполировать.

3.Зависимость температуры грунта от глубины

С увеличением глубины температура в грунте увеличивается согласно адиабатическому закону в зависимости от степени сжатия вещества под давлением при невозможности теплообмена с окружающей средой.

Нагрев Земли осуществляется, в основном, засчёт источников тепла:

  • тепло, образующееся засчет химических реакций в земной коре.
  • тепло радиоактивного распада элементов.
  • остаточное тепло Земли.
  • гравитационное тепло, выделяющееся при сжатии Земли и распределении вещества по плотности.
  • тепло, выделяющееся при приливном трении Земли.

Различают 3 температурные зоны:

I – зона переменных температур. Изменение температуры определяется климатом местности. Суточные колебания практически затухают на глубине около 1,5 м, а годовые на глубинах 20…30 м.

Iа – зона промерзания.

II – зона постоянных температур, находящаяся на глубинах 15…40 м в зависимости от региона.

III – зона нарастания температур.

Температурный режим горных пород в недрах земной коры принято выражать геотермическим градиентом и геотермической ступенью.

Величина нарастания температуры на каждые 100 м глубины называется геотермическим градиентом.  В Африке на месторождении Витватерсранд оно равно 1,5 °С, в Японии (Эчиго) – 2,9 °С, в Южной Австралии – 10,9 °С, в Казахстане (Самаринда) – 6,3 °С, на Кольском полуострове – 0,65 °С.

Зоны температур в земной коре

Зоны температур в земной коре: I – зона переменных температур, Iа – зона промерзания; II – зона постоянных температур; III – зона нарастания температур

Глубина, при которой температура повышается на 1 градус, называется геотермической ступенью.

Числовые значения геотермической ступени непостоянны не только на разных широтах, но и на разных глубинах одной и той же точки района. Величина геотермической ступени изменяется от 1,5 до 250 м.

В Архангельске она равна 10 м, в Москве – 38,4 м, а в Пятигорске – 1,5 м. Теоретически средняя величина этой ступени составляет 33 м.

В скважине, пробуренной в Москве на глубину 1630 м, температура в забое составила 41 °С, а в шахте, пройденной в Донбассе на глубину 1545 м, температура оказалась равной 56,3 °С. Наиболее высокая температура зафиксирована в США в скважине глубиной 7136 м, где она равна 224 °С. Нарастание температуры с глубиной следует учитывать при проектировании сооружений глубокого заложения Согласно расчетам, на глубине 400 км температура должна достигать 1400…1700 °С. Наиболее высокие температуры (около 5000 °С) получены для ядра Земли.

Поэтому самый надёжный вариант для точных расчётов с использованием температур грунта – воспользоваться данными метеорологических служб. На базе метеорологических служб работают некоторые онлайн справочники. Например, http://www.atlas-yakutia.ru/.

Здесь достаточно выбрать населённый пункт, тип грунта и можно получить температурную карту грунта или её данные в табличной форме. В принципе, удобно, но похоже этот ресурс платный.

Глубины промерзания грунта по разным населенным пунктам и регионам России можно посмотреть здесь.

 

8 thoughts on “Расчёт температуры грунта на заданной глубине

    Оля

    (21.01.2017 - 10:33)

    Отличная статья! Много полезного для себя подчерпнула!
    Да и вообще, bim-proektstroy.ru – очень хороший сайт!
    Спасибо Вам и хорошего всем настроения!

      Елена Петрова

      (12.05.2018 - 19:47)

      Спасибо, будем стараться

    Virtual Private Servers

    (16.08.2017 - 20:30)

    Для предупреждения местных пластических деформаций, обусловленных плотностью контакта образца с опорной станиной, мерзлый грунт следует предварительно обжать с помощью жесткой пластинки давлением, по величине не меньшим, чем давление на штоке прибора при последующем испытании. Величина давления, которое следует приложить на площадку шарикового штампа, зависит от прочности мерзлого грунта.

    Сергей

    (08.02.2018 - 21:20)

    Спасибо!
    Весьма пригодилось.

    Хорошая статья! Спасибо! Очень полезно =)

    Марина

    (10.12.2019 - 14:45)

    Отличная статья. Особенно таблица 2. Раньше не попадалась . Пригодится в работе

    Краснодарский грунтомер

    (19.10.2020 - 21:52)

    Согласно последней табличке с глубиной промерзания грунта В РФ в Краснодаре грунт промерзает от 0.9 до 1.4 метра, а в Сочи от полуметра до 80 см, что позволянт заключить голубчики, что сочинял эту табличку тот еще наркоман. Свердловские чудики…

    Спасибо вам всем хорошего настроения

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *