astАрхитектура, строительство, транспортArchitecture, Construction, Transport2782-232X2713-0770Industrial University of Tyumen10.31660/2782-232X-2024-3-54-63ast-168Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВОCONSTRUCTIONТемпературный расчет грунтового основания в геотехнических программных комплексахTemperature calculation of soil foundation in geotechnical software packagesСкворцовД. С.SkvortsovD. S.

Скворцов Дмитрий Сергеевич, ассистент кафедры строительных конструкций

Тюмень

Dmitry S. Skvortsov, Assistant in the Department of Building Structures

Tyumen

tmn.skvorcov@mail.ruСиницкийА. И.SinitskiA. I.

Синицкий Антон Иванович, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник

Салехард

Anton I. Sinitskii, Cand. Sci. (Geology and Mineralogy), Leading Researcher

Salekhard

AISinitskii@yanao.ruЖайсамбаевЕ. А.ZhajsambaevE. A.

Жайсамбаев Еркн Аскерович, аспирант кафедры строительного производства

Тюмень

Erkn A. Zhajsambaev, Postgraduate Student in the Department of Construction Production

Tyumen

zhajsambaevea@tyuiu.ruТюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian FederationНаучный центр изучения АрктикиРоссияScientific Center for Arctic StudiesRussian Federation202428092024035463Copyright © Скворцов Д.С., Синицкий А.И., Жайсамбаев Е.А., 20242024Скворцов Д.С., Синицкий А.И., Жайсамбаев Е.А.Skvortsov D.S., Sinitski A.I., Zhajsambaev E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ast.tyuiu.ru/jour/article/view/168

Важным этапом решения проблемы строительства мелкозаглубленных фундаментов на сезоннопромерзающих пучинистых грунтах является выполнение температурных расчетов грунтового основания. Для проведения температурных расчетов грунтов могут быть использованы программные комплексы Frost 3D и QFrost. В настоящем исследовании произведено сравнение результатов расчета величин промерзания грунтового основания опытной натурной площадки в программных комплексах Frost 3D и QFrost с данными геотехнического мониторинга. Натурная площадка расположена в г. Тюмени в районе пос. Березняки. Установлено, что использование программных комплексов Frost 3D и QFrost при моделировании грунтового основания позволяет определять величину промерзания с погрешностью до 3.5 %, что говорит о достоверности результатов и возможности использования данных программных комплексов для выполнения температурных расчетов.

A crucial step in addressing the challenge of constructing shallow foundations on seasonally freezing heaving soils is performing temperature calculations of the soil foundation. The software packages Frost 3D and QFrost can be used for conducting these temperature calculations. This research compared the results of calculating frost penetration depths of a test site’s soil foundation using Frost 3D and QFrost with data from geotechnical monitoring. The test site was located in Tyumen, in the vicinity of the Bereznyaki settlement. The study found that using Frost 3D and QFrost software packages for modeling the soil foundation allows for determining frost penetration depths with an error of up to 3.5 %, indicating the reliability of the results and the possibility of using these software packages for performing temperature calculations.

сезоннопромерзающий грунттемпературный расчетпрограммный комплексоснование зданий и сооруженийгеокриологияфазовое состояние грунтаFrost 3DQFrostseasonally freezing soiltemperature calculationsoftware packagebuilding foundationgeocryologysoil phase stateFrost 3DQFrostСтатья подготовлена в рамках реализации государственного задания в сфере науки на выполнение научных проектов, реализуемых коллективами образовательных организаций высшего образования, подведомственных Минобрнауки России, по проекту «Компьютерное моделирование механических, температурных и динамических процессов в слабых и многолетнемерзлых грунтах для обеспечения надежности грунтовых оснований инженерных сооружений» (№ FEWN-2024-0006).The work was prepared as part of the state assignment for the implementation of scientific projects by teams of higher education institutions under the Ministry of Science and Higher Education of Russia; project No. FEWN-2024-0006 "Computer modeling of mechanical, temperature and dynamic processes in weak and permafrost soils to ensure the reliability of ground foundations for engineering structures".ReferencesМарахтанов В. П. Криогенные деформации свайного основания трубопроводов. Трубопроводный транспорт: теория и практика. 2013;(5):18–22. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23502631.Marahtanov V. P. Pipelines pile foundation cryogenic deformations. Truboprovodnyy transport: teoriya i praktika. 2013;5:18–22. (In Russ.) Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23502631.Пазиняк В. В., Кутвицкая Н. Б., Минкин М. А. Экспериментальные исследования устойчивости трубопроводов на крупномасштабной грунтовой модели. Криосфера земли. 2006;X(1):51–55. Режим доступа: https://earthcryosphere.ru/archive/2006_1/07.Pazinyak_1_2006.pdf.Pazinyak V. V., Kutvitskaya N. B., Minkin M. A. The experimental researches on pipeline stability for large'scale soil model. Earth`s Cryosphere. 2006;X(1):51–55. (In Russ.) Available at: https://earthcryosphere.ru/archive/2006_1/07.Pazinyak_1_2006.pdf.Рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах [Ордена Трудового Красного знамения НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР]. Москва: Ордена Трудового Красного знамения НИИОСП им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР; 1985. 61 с. Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200074992.Recommendations for the design and calculation of shallow foundations on powdery soils [Order of the Red Banner of Labor N. M. Gersevanov NIIOSP of the USSR Gosstroy]. Moscow: Order of the Red Banner of Labor N. M. Gersevanov NIIOSP of the USSR Gosstroy; 1985. (In Russ.) Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200074992.Бай В. Ф., Мальцева Т. В., Набоков А. В., Воронцов В. В., Минаева А. В. Теоретические предпосылки расчета песчаных армированных массивов в слабых глинистых грунтах. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2011;(1):102–106. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=16452831.Baj V. F., Mal'tseva T. V., Nabokov A. V., Vorontsov V. V., Minaeva A. V. Theoretical prerequisites for the calculation of sand reinforced massifs in weak clay soils. Oil and Gas Studies. 2011;(1):102–106. (In Russ.) Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=16452831.Мальцев Л. Е., Мальцева Т. В., Минаева А. В., Набоков А. В. Определение перемещений армирующего элемента песчаного цилиндра. Научно-технический вестник Поволжья. 2012;(2):234–238. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=17779954.Maltsev L. E., Maltseva T. V., Minayeva A. V., Nabokov A. V. Definition of displacement reinforcing element sandy cylinder. Scientific and Technical Volga Region Bulletin. 2012;(2):234–238. (In Russ.) Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=17779954.Мальцева Т. В., Набоков А. В., Черных А. В. Применение песчаных армированных свай при строительстве малоэтажных зданий. Вестник Тюменского государственного архитектурно-строительного университета. 2015;(2):34–39. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=24389410.Maltseva T. V., Nabokov A. V., Chernykh A. V. Reinforced sand piles for low-rise buildings. Vestnik Tyumenskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. 2015;(2):34–39. (In Russ.) Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=24389410.Бай В. Ф., Краев А. Н. Исследование работы песчаной армированной подушки с криволинейной подошвой в условиях слабых грунтов. Вестник гражданских инженеров. 2014;(3):107–110. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21813073.Bay V. F., Kraev A. N. Research of performance of the sand pad reinforced on the contour with the curvilinear sole in the conditions of weak clay soil. Bulletin of Civil Engineers. 2014;(3):107–110. (In Russ.) Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21813073.Тажигулов А. А. Песчаные подушки с геотекстилем на слабых водонасыщенных глинистых грунтах: автореф. дис. канд. техн. наук. Москва: Московский государственный строительный университет; 1993. 20 с.Tazhigulov A. A. Sandy cushions with geotextile on weak water-saturated clay soils. Moscow: Moscow State University of Civil Engineering; 1993. (In Russ.)Татьянникова Д. А., Пономарев А. Б. Модельные штамповые испытания по исследованию работы армированных фундаментных подушек под нагрузкой. В сб.: Инженерно-геотехнические изыскания, проектирование и строительство оснований, фундаментов и подземных сооружений. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет; 2017. С. 219–223.Tat'yannikova D. A., Ponomarev A. B. Model die tests to investigate the performance of reinforced foundation pads under load. In: Inzhenerno-geotekhnicheskie izyskaniya, proektirovanie i stroitel'stvo osnovaniy, fundamentov i podzemnykh sooruzheniy. Saint Petersburg: Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering; 2017. P. 219–223. (In Russ.)Мирсаяпов И. Т., Шарафутдинов Р. А. Несущая способность и осадки грунтового основания армированного вертикальными и горизонтальными элементами. Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2016;(2):111–116. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_26455345_84235665.pdf.Mirsayapov I. T., Sharafutdinov R. A. Bearing capacity and precipitation of soil foundations reinforced by vertical and horizontal elements. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2016;(2):111–116. (In Russ.) Available at: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_26455345_84235665.pdf.Гришина А. С. Мащенко А. В., Пономарев А. Б. Результаты исследований прочностных характеристик глинистых грунтов, армированных различными геосинтетическими материалами. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2015;(4):9–21. Режим доступа: https://vestnik.pstu.ru/urbanistic/archives/?id=&folder_id=5274.Grishina A., Mashchenko A., Ponomarev A. Results of strength research of clay soil reinforced by different geosynthetics. PNRPU Bulletin. Urban development. 2015;(4):9–21. (In Russ.) Available at: https://vestnik.pstu.ru/urbanistic/archives/?id=&folder_id=5274.Джоунс К. Д. Сооружения из армированного грунта. Мельник В. Г. (ред.). Москва: Стройиздат; 1989. 268 с.Jones C. J. F. P. Earth reinforcement and soil structures. Oxford: Butterworth-Heinemann; 1988. Available at: https://www.academia.edu/40325571/Earth_Reinforcement_and_Soil_Structures.Хрусталев Л. Н. Основы геотехники в криолитозоне. Москва: ИНФРА-М; 2019. 543 с. https://doi.org/10.12737/textbook_5c6142a7282862.58234241Khrustalev L. Fundamentals of geotechnics in the cryolithozone. Moscow: INFRA-M; 2019. https://doi.org/10.12737/textbook_5c6142a7282862.58234241Павлов А. Р., Матвеева М. В. Итерационная разностная схема для задачи тепломассопереноса при промерзании грунтов. Вестник Самарского государственного университета. Серия естественнонаучная. 2007;(6):242–252. Режим доступа: http://vestniksamgu.ssau.ru/est/2007web6/math/2007560310.pdf.Pavlov A. R., Matveeva M. V. Iterative finite-difference scheme for the problem of heat and mass transfer in freezing grounds. Vestnik of Samara University/ Natural Science Series. 2007;(6):242–252. (In Russ.) Available at: http://vestniksamgu.ssau.ru/est/2007web6/math/2007560310.pdf.Кроник Я. А., Демин И. И. Расчеты температурных полей и напряженно-деформированного состояния грунтовых сооружений методом конечных элементов. Москва: МИСИ; 1982. 102 с. 16. Роман Л. Т. Механика мерзлых грунтов. Москва: Наука/Интерпериодика; 2002. 425 с.Kronik Ya. A., Demin I. I. Calculations of temperature fields and stress-strain state of soil structures by finite element method. Moscow: Moscow Engineering and Construction Institute; 1982. (In Russ.)Макаров А. С., Краев А. Н., Твердохлеб С. А., Шанхоев З. Ш. Результаты экспериментального исследования и численного моделирования плоскопараллельного промораживания образца грунта в экспериментальном стенде. Интернет-журнал «Транспортные сооружения». 2017;4(4):09TS417. http://dx.doi.org/10.15862/09TS417Roman L. T. Mechanics of frozen soils. Moscow: Nauka/Interperiodika; 2002. (In Russ.)Сахаров И. И., Парамонов В. Н., Парамонов М. В., Игошин М. Е. Деформации морозного пучения и оттаивания грунтов при работе и повреждении сезонно-охлаждающих устройств. Промышленное и гражданское строительство. 2017;(12):23–30. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=32278886.Makarov A. S., Kraev A. N., Tverdokhleb S. A., Shankhoev Z. Sh. Results of experimental research and numerical modeling of plane-parallel freezing of a soil sample in an experimental test-bed. Russian Journal of Transport Engineering. 2017:4(4):09TS417. (In Russ.) http://dx.doi.org/10.15862/09TS417Кудрявцев С. А., Сахаров И. И., Парамонов В. Н. Промерзание и оттаивание грунтов. Санкт-Петербург: Геореконструкция; 2014. 247 с. Режим доступа: http://geo-bookstore.ru/files/KudrSahPar.pdf.Sakharov I. I., Paramonov V. N., Paramonov M. V., Igoshin M. E. Deformations of frost heave and thawing of soils during operation and damage of seasonal cooling devices. Industrial and Civil Engineering. 2017;(12):23–30. (In Russ.) Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=32278886.Мельников А. В. Влияние теплоизоляции фундаментов на изменение температурного режима сезоннопромерзающего основания в районе глубокого сезонного промерзания. Вестник гражданских инженеров. 2012;(6):77–83. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=20153977.Kudryavtsev S. A., Sakharov I. I., Paramonov V. N. Freezing and thawing of soils. Saint Petersburg: Georekonstruktsiya; 2014. (In Russ.) Available at: http://geo-bookstore.ru/files/KudrSahPar.pdf.Осокин Н. И., Сосновский А. В., Накалов П. Р., Ненашев С. В. Термическое сопротивление снежного покрова и его влияние на промерзание грунта. Лед и Снег. 2013;(1):93–103. Режим доступа: https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/89.Mel'nikov A. V. Influence of foundation heat insulation on temperature conditions change of the seasonally frozen soil base in the area of deep seasonal freezing. Bulletin of Civil Engineers. 2012;(6):77–83. (In Russ.) Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=20153977.Osokin N. I., Sosnovsky A. V., Nakalov P. R., Nenashev S. V. Thermal resistance of snow cover and its effect on the ground freezing. Ice and Snow. 2013;53(1):93–103. (In Russ.) https://doi.org/10.15356/2076-6734-2013-1-93-103Osokin N. I., Sosnovsky A. V., Nakalov P. R., Nenashev S. V. Thermal resistance of snow cover and its effect on the ground freezing. Ice and Snow. 2013;53(1):93–103. (In Russ.) https://doi.org/10.15356/2076-6734-2013-1-93-103

The authors declare that there are no conflicts of interest present.