Обеспечение снегонезаносимости насыпей автомобильных дорог (на примере северных районов Западной Сибири) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.03, кандидат технических наук Ланецкий, Николай Кириллович

• Ланецкий, Николай Кириллович
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ланецкий, Николай Кириллович

Введение.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

2. Характеристика района исследования

2.1. Мерзлотно-грунтовые условия

2.2. Природно-климатические условия

3. Математическое описание процесса обтекания профиля насыпи ветровым потоком

4. Исследование снегозаносимости и условий обтекания профиля насыпи в полевых условиях

4.1. Объёмы и методика исследований

4.2. Наблюдения за динамикой формирования снего-отложений.

4.3. Результаты анемометрических испытаний

5. Экспериментальные исследования обтекания профилей земляного полотна в аэродинамическом канале

5.1. Характеристика аэродинамического канала

5.2. Основные критерии подобия и методика экспериментальных работ

5.3. Результаты исследования аэродинамических характеристик дорожных профилей

6. Рекомендации по уменьшению снегозаносимости автомобильных дорог

6.1. Выбор трассы и расчет высоты насыпи

6.2. Оценка экономической эффективности применения снегонезаносимых насыпей

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение снегонезаносимости насыпей автомобильных дорог (на примере северных районов Западной Сибири)»

Решениями ХХУ1 съезда КПСС и ноябрьского Пленума ЦК КПСС 1982 года намечено резкое увеличение объемов добычи нефти и газа /I/. Для достижения планируемых объемов необходимо, по данным Гипротюменнефтегаза, к 1990 году построить на территории Западной Сибири около 3,0 тыс.км автомобильных дорог (табл.1) дополнительно к имеющимся.

Таблица I

Объемы дорожного строительства на I98I-I990 гг.

Годы I1984 ! 1985 I 1986 11987 ! 1988 \ 1989 !1990 ! ! ! ! ! ! !

Всего,км 374 388 405 410 410 415 415 в том числе

Приобье,км 222 211 210 210 227 230 235

Север,км 152 177 195 200 183 185 180

Месторождения нефти и газа расположены в краю болот и вечной мерзлоты. В зимний период для этих районов характерна сильная ме-телево-ветровая деятельность, что усложняет эксплуатацию автомобильных дорог из-за их снегозаносимости /2/. Так в нефтегазоносных районах Тюменской области заносится до 50% протяженности построенных дорог с капитальным покрытием, что приводит к снижению средней скорости движения транспорта до 10-15 км/час, увеличению транспортно-эксплуатационных расходов в 2-3 раза и аварийности в 3-4 раза. Ежегодные убытки народного хозяйства страны из-за снежных заносов исчисляются десятками миллионов рублей.

Поэтому одной из важнейших проблем транспортного освоения региона является предупреждение образования снежных заносов на проектируемых и строящихся автомобильных дорогах. Обеспечить снегонезаносимость дорожной сети требуемой протяженности известными снегозащитными сооружениями /3, 4, 5, 6, 7/ и средствами механизированной снегоуборки /8,9/ практически невозможно.

В существующих природно-климатических условиях (объемы переносимого снега до 1000 м3/пог.м и длительность одной метели до 160 часов) наиболее эффективным мероприятием по предупреждению образования снежных заносов является создание условий беспрепятственного переноса снега через дорожное полотно. Для этого необходимо увеличить скорость метелево-ветрового потока над поверхностью дорожного полотна, что можно достигнуть проектированием и строительством автомобильных дорог в насыпях с обоснованным возвышением проезжей части над расчетным уровнем снежного покрова.

Проектирование земляного полотна в насыпи, обуславливается и существующими природно-климатическими условиями. Так повсеместное распространение болот, обводненных и льдистых грунтов исключают применение выемок. Острый дефицит качественных строительных материалов во вновь осваиваемом регионе заставляет тщательно обосновывать высоту насыпи, а использование современных армирующих и теплоизоляционных материалов выдвигает расчет высоты насыпи из условия её снегонезаносимости в число основных /10/.

Известные исследования по расчету параметров снегонезвносимой насыпи /II, 12, 13/ выполнены для железных дорог. Результаты этих исследований недостаточно обоснованно распространялись на автомобильные дороги. Но автодорожная насыпь принципиально отличается от железнодорожной. Так, при меньшей высоте она в 2-3 раза шире. Из-за уклонов обочин и проезжей части ось насыпи выше бровок на 17-45 см. Указанная особенность профиля создает вначале поджатие, а затем расширение обтекающего потока и, следовательно, дополнительное снижение скорости за точкой перелома по оси.

В настоящей работе исследован скоростной режим метелевого потока над профилем автодорожной насыпи, имеющим участки сжатия и расширения потока, и особенности изменения очертаний выступающей над снежным покровом части насыпи к концу зимнего периода.

Исследования развивают существующие положения транспортной аэродинамики относящиеся к изучению скоростного режима потока обтекающего профиль автодорожной насыпи с точками перелома. Рассмотрена физическая сущность изменения скоростного режима потока над профилем насыпи с протяженными участками его сжатия и расширения. Установлена степень воздействия каждого элемента и воздействие всех элементов насыпи в комплексе на скорость обтекающего потока. Изучена динамика изменения очертания возвышающейся над снежным покровом части насыпи в течение зимнего периода. Разработан расчет скоростного режима потока над профилем насыпи, базирующийся на положениях теории идеальной жидкости и пограничного слоя. Он позволяет учитывать изменяющиеся в течение зимнего периода очертания возвышающейся над снежным покровом части насыпи. Результаты расчета подтверждены данными экспериментальных и натурных наблюдений, что позволило обосновать значение возвышения насыпи над снежным покровом для дорог П-У технических категорий, обеспечивающего их снегонезаносимость. Внедрение предложенной методики в практике проектирования и строительства автомобильных дорог позволяет снизить транспортнб-эксплуатационные расходы на дорогах П технической категории и уменьшить стоимость строительства дорог У технической категории, имеющих преимущественное распространение при освоении новых регионов.

В диссертации изложены материалы лабораторных и полевых исследований, проведенных автором в Омском филиале СоюзДОРНИИ.в период I97I-I983 гг., которые использованы при разработке "Инструкции по изысканию, проектированию и строительству автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты" (ВСН 84-75), М. Минтрансстрой, 1976;

Методических указаний по конструкциям и расчету автомобильных дорог и малых искусственных сооружений в условиях Крайнего Северо-Востока СССР", М., СоюзДОРНИИ, 1977; "Инструкции по проектированию, строительству и содержанию зимних автомобильных дорог на снежном и ледяном покрове в условиях Сибири и Северо-Востока СССР" (ВСН 137-77), М., Минтрансстрой, 1977; "Инструкции по изысканию, проектированию и строительству автомобильных дорог для обустройства газовых месторождений в районах вечной мерзлоты" (ВСН 2-134-83), Еомень, Миннефтегазстрой, 1983.

Первичный экспериментальный материал, собранный автором за все годы, отражен в научно-технических отчетах и журналах экспериментальных и полевых наблюдений, хранящихся в фондах Омского филиала СоюзДОРНИИ.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проблема расчета оптимальных размеров поперечного профиля земляного полотна, на-подверженного снежным заносам, возникла после ввода в действие первых железных дорог в России. Опыт их эксплуатации в зимний период убедительно показал преимущество насыпей перед выемками. Было установлено, что в условиях Севера Европейской части России насыпи высотой 0,6 м и более не подвергались снежным заносам и, наоборот, низкие насыпи (менее 0,6 м), нулевые места и выемки оказывались занесенными. Этот опыт бьш отражен в первых "Технических условиях проектирования железных дорог", изданных в 1899 г.

С того времени определение оптимальных параметров снегонеза-носимых насыпей, проектируемых в различных инженерно-геологических и климатических условиях страны, является проблемным и до настоящего времени в литературе приводятся различные предложения по их назначению. В ходе решения этой проблемы выясняются все новые и новые факторы, влияющие на снегозаносимость автомобильной дороги с профилем в насыпи. На применение поперечного профиля насыпи, как основного снегонезаносимого профиля земляного полотна, указывал А.Х.Хргиан /13, 14/. Большая серия лабораторных исследований, проведенная им на станции Воденяпино, позволила определить скорость ветра как основной фактор, влияющий на образование снежных заносов. Выступая против применения снегозащитных сооружений, собирающих огромные снежные массы, он разработал и теоретически обосновал расчет обтекания профиля насыпи ветровым потоком. В

1. своем решении А.ХДргиан заменил воздушный поток стационарным, потенциальным, т.е. безвихревым, имеющим, вследствие трения о поверхность, уменьшенную скорость у земной поверхности. Направление ветрового потока принималось перпендикулярным к оси дороги. Расчетная форьфгла для определения скорости ветра у насыпи имела следующий вид:

I.I) где V - скорость воздушного потока на оси насыпи, м/сек;

- скорость воздушного потока вне зоны действия препятствия, м/сек;

ZC - координата точки измерения; - отношение координат наветренной бровки и основания откоса; с£ - измеренные в долях внутренние углы многоугольника; г - параметр, учитывающий крутизну откоса.

Решение (I.I) не описывает полную картину процесса обтекания поперечного профиля насыпи и результаты расчета дают удовлетворительную сходимость с натурными данными только по оси насыпи. В точках перелома поперечного профиля (наветренная и подветренная бровки) расчетные значения скорости достигают бесконечности, что не соответствует действительности. Учитывая, что этот расчет был предназначен для железнодорожных (узких) насыпей, то он удовлетворял требованиям проектировщиков того времени.

Натурные наблюдения, выполненные Г.С.Козаченко и Т.М.Лященко /15/ зимой 1932-1933 гг. на железных дорогах Москва-Конотоп и Киев-Курск подтвердили применимость насыпей малой высоты (до 0,6 м) в районах с малыми объемами снегопереносов (до 100 м3/пог.м). Однако они отмечали, что на исследуемых участках периодически образовывались снежные отложения незначительного объема.

Из зарубежных исследователей того периода следует отметить работы Finney Е.А.(США /16, 17/). Он провел серию лабораторных испытаний в аэродинамическом канале моделей насыпей и выемок с различной крутизной откосов и криволинейной формой переломов поперечного профиля у бровок. Полученные результаты показали положительное влияние уположения откосов, но моделирование было выполнено с нарушением критериев подобия, что ставит под сомнение полученные выводы и заключения.

Большой объем исследований по зимнему содержанию на автомобильных дорогах Москва-Рязань в 1947-1948 гг. и на дороге Москва-Харьков в. 1949-1950 гг. выполнен Г.В.Бялобжеским /18/. В ходе этих исследований были выявлены следующие климатические факторы, влияющие на образование снежных заносов на дорогах: скорость ме-телевого потока, температура воздуха, угол пересечения метелевого потока с осью дороги и вид метели. При общих метелях снежные заносы появлялись наиболее часто.

Значительный объем лабораторных и теоретических исследований был выполнен в транспортно-энергетическом институте СО АН СССР и НИИЖТе Б.В.Ивановым, А.К.Дюниным и А.А.Комаровым /19, 20, 21, 22, 23, 24/.

Исследование условий обтекания железнодорожных насыпей и выемок, проведенное Б.В.Ивановым в аэродинамическом канале /20/, показало, что насыпь, создает наиболее благоприятные условия для переноса снега через её верхнюю часть метелевым потоком. Полученные в ходе лабораторных исследований результаты по определению влияния высоты насыпи на скорость обтекающего воздушного потока у наветренной бровки хорошо согласовывались с данными, полученными при теоретическом решении задачи обтекания профиля насыпи. Этими исследованиями установлено, что поднятие насыпи до 1,5 м сопровождается увеличением скорости у наветренной бровки. Дальнейшее увеличение высоты оказывает уже не столь эффективное воздействие на скорость обтекающего потока. Результаты теоретических исследований Б.В.Иванова показали, что в принципе возвышение бровки насыпи на 0,1-0,2 м над снежным покровом сопровождается увеличением скорости потока над насыпью. Но для условий юга Западной Сибири он рекомендует назначать возвышение насыпи над снежным покровом 0,5 м для однопутных насыпей (ширина поверху 5,8 м) и 0,9 м для двухпутных насыпей (ширина поверху 9,9 м). В фактических рекомендациях указывается на необходимость учета высоты снегоотложений и угла пересечения господствующих ветров с осью дороги.

Рассматриваемые исследования проводились специально для железных дорог. В послевоенный период, в связи с ускоренным развитием сети автомобильных дорог в районах Сибири и Севера, вопросы снегонезаносимости автодорожных насыпей оказались актуальными. Подверженность их снежным заносам в этих районах оказалась значительно выше чем прогнозировалось. Это частично объясняется существенным отличием поперечного профиля автодорожной насыпи от железнодорожной.

Так, при меньшей, примерно вдвое, высоте, автодорожная насыпь в 2-3 раза шире, что значительно изменяет скоростной режим обтекающего потока. Вместе с тем, уклон обочин и проезжей части поднимают ось насыпи относительно бровок на 17-45 см. Возникает вначале поджатие, а затем расширение обтекающего потока, что сопровождается дополнительным снижением скорости. С учетом приведенных особенностей поперечного профиля совершенно очеввдно, что аэродинамические условия обтекания автодорожных насыпей и условия формирования снегоотложений у них существенно отличаются от железнодорожных, но специальных исследований таких профилей не проводилось.

Имеется рцц исследований общего характера, отдельные положения которых могут быть применены и для автомобильных дорог. Так большой объем теоретических и экспериментальных работ в области механики метелей выполнен А.К.Дониным /22, 25, 26, 27/. Впервые сформулированное им понятие "транспортирующей способности метели", как некоторого предела грузоподъемности метелевого потока Q с определенной скоростной характеристикой V , позволило выразить объем переносимого при метели снега как функцию скорости

1.2)

Эта величина зависит от климатических условий и является одним из основных факторов, влияющих на снегозаносимость дорог и характеризуется как твердый расход (весовое количество снега, проносящееся в единицу времени через единицу площади поперечного сечения потоку!. Его величина изменяется по высоте над поверхностью и наибольший процент снежных частиц переносится в приземном слое высотой около 2 м. Объем снега, проносящийся через I м фронта снего-ветрового потока в единицу времени, назван полным расходом снего-ветрового потока.

На основании теоретических исследований и большой экспериментальной проверки А.К.Дюнин предложил для определения полного расхода снеговетрового потока Q следующую формулу

Q= o,3tf{Va2-3)\ (I<3) где М0 - скорость ветрового потока, измеренная на высоте 0,2м от поверхности снежного покрова. Эта формула справедлива для насыщенных метелей, которые наиболее распространены на обширных открытых снегосборных бассейнах Западной Сибири. Наблюдаемые в любом снеговетровом потоке пульсации скорости вызывают колебание транспортирующей способности потока и при незначительном снижении скорости насыщенного потока наблюдается выпадение снега на поверхность. Для предотвращения выпадения снега из пульсирующего потока, как показали исследования, достаточно увеличения скорости обтекающего профиль насыпи потока у подветренной бровки на 10% /28/.

По данным А.К.Дюнина /12/ метелевый поток насыщается снегом постепенно. Существует определенная зона разгона метели. Эта зона изменяет свои размеры в соответствии со скоростью ветра и плотностью снега и в её пределах метелевый поток находится в ненасыщенном состоянии, т.е. способен дефлировать снежный покров. Используя основные положения работы Ф.И.Франкля о движении взвешенных наносов /29/, А.К.Дюнин вывел общие дифференциальные уравнения движения двухфазных потоков с учётом междуфазовых переходов, которые могут использоваться для описания движения снежинок в воздухе. На основании теоретических исследований были получены критерии подобия для моделирования условий обтекания различных сооружений в аэродинамическом канале и доказана невозможность моделирования двухфазных потоков.

В процессе теоретических исследований системы уравнений для случая обтекания плоскопараллельным стационарным потоком диполя, вместо трапеции дорожной насыпи, А.К.Дюнин получил зависимость для определения скорости обтекающего насыпь потока на его оси где Vn - полевая скорость ветрового потока; - формпараметр, определяемый в зависимости от высоты Н и ширины В насыпи

Здесь, как видим, учитываются параметры насыпи Н и В, что представляется важным при решении практических задач.

Существенный вклад в решение проблемы снегоборьбы в Заполярье внес А.А.Комаров /23, 30, 31, 32/, который, решая задачу борьбы со снежными заносами, изучил закономерности образования и развития метели. Значительные объёмы метелемерных измерений в районах Заполярья позволили установить значения коэффициентов снегосноса для расчета объемов переносимого снега и закономерности аккумуляции снега из снеговетрового потока. На основании теории турбулентных струй и способа конформных отображений А.А.Комаровым предложена зависимость для определения скорости турбулентного воздушного

1.4)

1.5, Х.6) потока за точкой срыва струи /30/. На основании этой зависимости им предложены конструкции снегонезаносимых дорожных профилей маглой и нулевой высоты, имеющие резерв с наветренной стороны. Эти конструкции позволяют за счет увеличенного пути турбулентного потока в резерве повысить скорость обтекающего метелевого потока на подходе к основанию насыпи до 70% от полевой. Последующее поджа-тие потока телом насыпи позволяет увеличить скорость потока выше полевой (рис. I.I).

Однако проектирование такой конструкции земляного полотна в рассматриваемом регионе крайне ограничено из-за невозможности закладки резервов в болотных, переувлажненных и льдистых грунтах.

Расчет обтекания насыпи А.А.Комаровым выполнен с помощью теории функции комплексного переменного. Для конформного отображения профиля насыпи на верхнюю полуплоскость применялся интеграл Кристоффеля-Шварца. В результате решения была получена формула для определения скорости V по оси насыпи

V , (1.7) где \J0 - скорость на бесконечности;

V - Jl

6 9 it и - координаты точек перелома профиля; п. - параметр, учитывающий крутизну откосов. Однако для проектирования дорог А.А.Комаров рекомендует применять эмпирическую зависимость, предложенную Г.В.Бялобжеским и А.К.Дюниным /4, 28/.

H=kM-K+Ak, (1.8) где hCH - фактическая высота снежного покрова по материалам зимних изысканий, м; /С - коэффициент, учитывающий поправку на максимальную высоту снежного покрова; д/l - необходимое превышение насыпи над снежным покровом,м.

Рис. I.I. Конструкция поперечного дорожного профиля по условиям снегонезаноси-мости (по А.А.Комарову)

Зависимость (1.8) учитывает возможный уровень снежного покрова поправочным коэффициентом "К", который учитывает максимально-возможную высоту снежного покрова за период не менее 20 лет и определяется по формуле k

К =

L пс где rip - расчетная максимальная высота снежного покрова по данным ближайшей метеорологической станции, см;; hc - высота снежного покрова по материалам той же метеорологической станции в зиму проведения изысканий, см.

Такой учёт высоты снежного покрова удовлетворительно отражает возможные его отклонения за расчетный период.

Величина возвышения насыпи лк назначается в зависимости от категории дороги и принимается для:

I категории - 0,8 м; П и Ш категории - 0,6 м; 1У и У категории - 0,5 м.

Эти показатели установлены на основании опытных наблюдений и какой-либо связи с теоретическими решениями задачи обтекания профиля насыпи не имеют. При назначении возвышения насыпи конкретно не учитываются климатические характеристики (состояние снега, насыщенность метелей), расположение трассы дороги на местности (косогорность, равнина, залесенность и т.д.), аэродина^ мические характеристики поперечного профиля земляного полотна.

Поскольку величина л А установлена опытным путем для определенных природно-климатических условий, то применимость её в других регионах оспаривается некоторыми исследователями.

Например, Кунгурцев А.А. /33, 34/ указывает на необходимость учитывать объем приносимого к дороге снега (объем снегопереноса) при назначении возвышения насыпи. Чем больше объём снегопереноса, тем больше должно быть значение д/г. Величина возвышения определяется по опытной графической зависимости и может достигать 3,5м.

Учитывая исследования Б.В.Иванова можно сделать вывод, что подобные предложения могут дать завышенные результаты, поскольку снего-незаносимость насыпи не зависит от объёма переносимого через неё снега при метелях. Подтверждением служат исследования В.Е.Полуэк-това /35, 36/ и Филиппова И.В./37/, посвященные разработке эффективных способов борьбы со снежными заносами. Они утверждают, что для районов с объемами снегопереносов к дороге до 1000 м3/пог.м достаточно возвышение всего 0,3-0,5 м. Дороги У категории при таком возвышении успешно эксплуатируются в течение длительного периода. Этот вывод подтверждается и наблюдениями И.Н.Каменева /38/.

Поскольку исследования /33, 36, 37, 38/ проводились в районах с i большими объемами снегопереносов, то их результаты ещё раз подтверждают влияние природно-климатических условий на образование снежных заносов. Влияние температуры воздуха и вида метели на появление снежных отложений на дорогах установлено и в работе Г.В.Бялоб-жеского /18/.

По иному подошли к назначению высоты снегонезаносимой насыпи Е.П.Андрулионис и В.К.Некрасов /39, 40/. Они предложили формулы для определения высоты насыпи из условия распределения снега, сбрасываемого при уборке с проезжей части на откосы (без учета аэродинамических характеристик насыпи). Возвышение насыпи над снежным покровом по,рекомендации Е.П.Андрулиониса составляет от 10 см до 2,5 м. Эти рекомендации не учитывают всего многообразия факторов метелевой деятельности и могут применяться в районах, где нет снегопереноса. С.Т.Сохранский /41/, подтверждая влияние природных факторов на снегозаносимость дорог, не увязывает величину возвышения с его аэродинамикой. Он считает, что вне зависимости от категории проектируемых дорог, главным показателем при назначении возвышения насыпи является рельеф местности. Подобные рекомендации не обоснованы опытно-экспериментальными данными и не согласуются с аэродинамикой обтекающего насыпь метелевого потока.

Отделом исследования снега, льда и вечной мерзлоты армии США были проведены наблюдения на опытных участках /42, 43, 44/, построенных в насыпях с различной крутизкой откосов (1:1; 1:2; 1:3; 1:4; 1:6). Результаты показали, что снегоотложения чаще появляются у насыпей с возвышением над снежным покровом до 0,3 м и при крутизне откосов 1:1 и 1:2. На насыпях с крутизной откосов 1:4 и

1 i

1:6 снег практически полностью сдувался с полотна дороги. В приведенных работах нет характеристики природно-климатических условий региона, в котором проводились исследования. Отсутствуют данные о ширине насыпей и динамике изменения поперечного профиля, что не позволяет сделать выводы о взаимном влиянии всех элементов насыпи на её снегозаносимость.

Анализ приведенных исследований по снегонезаносимости автомобильных дорог,показывает, что они носят опытный характер без теоретической и экспериментальной Проверки. Результаты исследований, выполненных для железных дорог, не всегда могут быть применены к автомобильным по отмеченным ранее конструктивным особенностям. Вследствие этого имеющиеся теоретические исследования задачи обтекания профиля насыпи не позволяют определить распределение скорости обтекающего потока по ширине насыпи и выявить наиболее опасные точки профиля, где снижение скорости наибольшее. Выполненные экспериментальные исследования не охватывают необходимого комплекса элементов поперечного профиля (высота, ширина,/ крутизна откосов и уклоны проезжей части), вследствие чего не выявлено их взаимное влияние на распределение скорости обтекающего потока и формирование снежных отложений. Имеющиеся рекомендации по назначению высоты снегонезаносимой насыпи не учитывают необходимого комплекса природно-климатических особенностей и аэродинамических характеристик профиля автодорожной насыпи, и для разработки обоснованных практических рекомендаций, необходимо проведение дополнительных исследований по этим вопросам.

Исходя из вышеизложенного, целью настоящей работы является разработка оптимальных параметров снегонезаносимых насыпей для природно-климатических условий Севера Западной Сибири.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить природно-климатические условия исследуемого региона и оценить их влияние на формирование снежных заносов;

2. Теоретически и экспериментально исследовать распределение скорости потока, обтекающего профиль насыпи по её ширине;

3. Исследовать динамику формирования снегоотложений у насыпей в условиях региона;

4. Разработать фактические рекомендации по назначению оптимальных параметров снегонезвносимой насыпи и дать технико-экономическую оценку их эффективности.

Заключение диссертации по теме «Изыскание и проектирование железных дорог», Ланецкий, Николай Кириллович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Анализ научно-технической и нормативной литературы, а также наблюдения за состоянием дорожной сети на севере Западной Сибири показывают, что автомобильные дороги в этом регионе подвержены снежным заносам из-за недостаточной высоты проектируемых насыпей. Это объясняется слабой изученностью аэродинамических характеристик автодорожной насыпи, имеющей специфический поперечный профиль и неполным учетом природно-климатических условий региона.

1. По результатам выполненных исследований разработаны рекомендации по уменьшению снегозаносимости автомобильных дорог, включающие методику расчёта высоты насыпи из условия снегонезаносимос-ти для районов с метелевой деятельностью, которая впервые учитывает аэродинамические характеристики формирующегося к концу зимнего периода возвышения насыпи и особенности распределения снежного покрова на местности.

2. Природно-климатические условия нефтегазоносных районов Западной Сибири в зимний период характеризуются низкими температурами воздуха и значительной скоростью ветра, что в сочетании с равнинным рельефом обширных заболоченных и обводненных территорий способствует образованию длительных насыщенных метелей, формирующих большие объёмы переносимого снега (до 1000 м3/пог.м). Такие метели способны при малейшем снижении скорости аккумулировать из потока значительные объёмы снега I ), что позволяет отнести рассматриваемые районы к У и У1 категориям трудности сне-гоборьбы.

В этих условиях наиболее эффективным способом предупреждения снежных заносов является применение насыпей с параметрами, обеспечивающими гарантированное повышение несущей способности потока, т.е. его скорости, по всей её ширине.

Назначение параметров насыпи, обеспечивающих её снегонезаносимость на стадии проектирования, позволит снизить транспортно-эксплуатационные затраты и исключить строительство дополнительных снегозащитных сооружений.

3. Выполнено теоретическое исследование скоростного режима ветрового потока при обтекании профиля насыпи путем решения аэродинамической задачи течения в суживающемся и расширяющемся потоке, аналогичном натурным условиям обтекания верхней поверхности насыпи с уклонами обочин и проезжей части (подъём оси относительно бровок до 45 см).

Разработанное теоретическое решение впервые позволяет регулировать скоростной режим потока, формирующийся при обтекании насыпи путем изменения входящих в расчет её параметров (высота, ширина, уклоны откосов, обочин и проезжей части).

4. Закономерности формирования снегоотложений в придорожной полосе, впервые установленные по данным специально оборудованных стационарных постов, показывают, что наибольшее воздействие на изменение параметров возвышения насыпи над уровнем снегоотложений оказывают снежный покров и скоростной режим ветров и метелей.

Так возвышение насыпи приобретает минимальное значение к концу зимнего периода. Снегоотложения на наветренном откосе под воздействием ветров распределяются почти ровным слоем с крутизной 1:2 т- 1:4 (при проектной 1:1,5) после первых же метелей и сохраняют свои очертания в течение всей зимы. С подветренной стороны снегоотложения откладываются более длительное время, достигая уклона 1:4 ± 1:10. Ширина насыпи с наветренной стороны при этом увеличивается на 0,5 м.

5. Экспериментальные исследования позволили в ходе детальных наблюдений на действующих дорогах в существующих природно-климатических условиях установить минимально-допустимое увеличение скорости обтекающего потока у подветренной бровки насыпи по сравнению с полевой в 1,08 раза, что обеспечивает необходимое повышение несущей способности потока и перенос снега без снегоотложений.

6. Выполненные исследования воздушного потока, формирующегося в аэродинамическом канале, показали хорошее его подобие натурным условиям (распределение скорости по высоте, турбулентность потока и распределение интенсивности переносимого в потоке снега), что позволяет заключить о его пригодности для исследования процессов обтекания профилей земляного полотна автомобильных дорог ветровым потоком (полное подобие) и сопоставимости натурных исследований с результатами исследования в канале.

Экспериментальными исследованиями условий обтекания моделей насыпей в аэродинамическом канале установлен характер воздействия отдельных элементов поперечного профиля насыпи на скоростной режим обтекающего потока, изменяющийся следующим образом:

- наибольший прирост скорости потока над насыпью вызывает увеличение её высоты (до Ъ% на каждые 0,2 м у наветренной бровки);

- увеличение ширины насыпи сопровождается снижением скорости у подветренной бровки;

- снижение крутизны откосов сопровождается уменьшением скорости только у наветренной бровки и повышением плавности изменения скорости потока, приближая его к симметричной схеме распределения, что улучшает режим снегопереноса.

Полученные в результате полевых и экспериментальных исследований данные полностью соответствуют расчету, а их результаты распределяются в доверительном интервале - с доверительной вероятностью 0,96, что подтверждает правильность выбранной гипотезы теоретических исследований.

7. Данные о форме, месте и размерах снегоотложений, полученные в течение 3 лет, позволили уточнить очертания возвышающейся части насыпи над снежным покровом и, используя теоретическое решение и данные анемометрических измерений в полевых условиях, определить нормированное возвышение для дорог П-У технических категорий.

8. Проведенный экономический анализ эффективности рекомендаций по обеспечению снегонезаносимости автомобильных дорог позволяет рекомендовать их при проектировании автомобильных дорог, что позволит:

- снизить транспортно-эксплуатационные затраты на 11,0 тыс. рублей на I км;

- за счёт применения снегонезаносимых насыпей добиться экономии до 2,0 тыс.руб. на I км по сравнению с устройством снегозащитных заборов при упрощении технологии производства работ;

- снизить стоимость строительства дорог У технической категории до 8,0 тыс.руб. на I км.

9. Дальнейшие исследования по рассматриваемой проблеме должны быть направлены на решение следующих вопросов:

- изучение закономерностей распределения снежного покрова по элементам рельефа для рационального трассирования;

- исследование закономерностей формирования насыщенности ме-телевых потоков у различных препятствий и сооружений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ланецкий, Николай Кириллович, 1984 год

1. Материалы ХХУТ съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981. - 223 с.

2. Тарасенко Г. На просторах Обь-Иртышья. Свердловск: Средне-Уральское кн.изд., 1964. - 341 с.

3. Защита узлов и станций от снежных заносов. М.:Транспорт, 1964. - 35 с.

4. Указания по снегоборьбе на автомобильных дорогах Крайнего Севера. /Бялобжеский Г.В., Дюнин А.К., Комаров А.А. и др.; М.:Авто-трансиздат, 1962. 40 с.

5. Технические правила ремонта и содержания автомобильных дорог: ВСН 24-75/ Минавтодор РСФСР. М.: Транспорт, 1976. - 264 с.

6. Снегозащитные щиты и заборы. /Бялобжеский Г.В., Дюнин А.К., Комаров А.А. М.: Автотрансиздат, 1961. 36 с.

7. Бялобжеский Г.В., Амброс Р.А. Повышение эффективности и экономичности снегозадерживающих устройств. М.: Автотрансиздат, 1956. - 104 с.

8. Механизация снегоуборки и снегозащита на железных дорогах. /Мельник Д.М., Комаров А.А., Антонов Ф.И. и др. М.: Трансжел-дориздат, 1959. - 175 с.

9. Мельник Д.М. Предупреждение снежных заносов на железнодорожных станциях. -М.: Трансжелдориздат, 1956. -40 с.

10. Автомобильные дороги Севера. Под ред. Золотаря И.А. М.: Транспорт, 198I. - 247 с.

11. Комаров А.А. Особенности снегопереноса и проектирования железных дорог в Заполярье с учетом требований снегоборьбы. Тр. НИИЖТа. Новосибирск: 1966. -107 с.

12. Дюнин А.К. Механика метелей. -Новосибирск: Изд. СО АН СССР. 1963. -370 с.

13. Хргиан А.Х. 0 продуваемости и заносимости мелких профилей железнодорожного пути. -Тр. НИИПС, № 33, М.: 1934.

14. Хргиан А.Х. Аэродинамика и борьба со снегом. -Тр. НИИПС, № 43, М.: 1934.

15. Козаченко Г.С.,Ляшенко Т.Н. Исследования продувания ветром нулевых мест. В кн.: Снегоборьба на железнодорожном транспорте. -М. Изд. НИИ пути НКПС, 1934. -237 с.

16. Finney Е.Е. Snow Control of the Highways, Michigan "Engineering Experiment Station Bulletin, n. 57, May, 1934.

17. Cron F.W. Snowdrift Control before the Fast. "Public Work", n. 8, 1968, p. 72-7518. Бялобжеский Г.В. Исследования по повышению эффективности иэкономичности снегозадерживающих устройств: Диссертация канд. техн. наук. -М.: 1955.

18. Иванов Б.В. Защита нулевых мест железнодорожного пути от снежных заносов. Тр. ТЭИ ЗСФ АН СССР, вып. I, Новосибирск:195I. - с. 17-34.

19. Иванов Б.В. Особенности проектирования плана и профиля железных дорог в районах Западной Сибири, подверженных снежным заносам. -Диссертация канд. техн. наук, Новосибирск: 1954.-240с.

20. Дюнин А.К. Твердый расход снеговетрового потока. -Тр. ТЭИ ЗСФ АН СССР, вып. IУ. Новосибирск: 1954. с.24-36.

21. Дюнин А.К. Структура метелевого снега и закономерности снегового потока. В кн.: Вопросы использования снега и борьба со снежными заносами и лавинами. -Новосибирск: Изд. СО АН СССР, 1956. - с. I06-119.

22. Комаров А.А. Некоторые закономерности переноса и отложения снега в районах Западной Сибири и их использование в снегозадержании и снегоборьбе. -ТР. ТЭИ ЗСФ АН СССР, вып. 1У.- Новосибирск: 1954. 107 с.

23. Комаров А.А. Защита пути от снега в условиях Заполярья. -Путь и путевое хозяйство, 1962, № 3, с. 21-28.

24. Донин А.К. Основы теории метелей. -Новосибирск: Изв. СО АН СССР, 1959, № 2 216 с.

25. Донин А.К. Опытные исследования закономерностей метелей. -Новосибирск: Изв. СО АН СССР, I960, № I. 118 с.

26. Донин А.К. Механика сильных метелей. Тр. НИИЖТа, вып. 159, Новосибирск: 1974. - с. 3-II0.

27. Зимнее содержание автомобильных дорог /Бялобжеский Г.В., Дюнин А.К., Денисов В.Н. и др. -М.: Транспорт, 1966. 222 с.

28. Франкль Ф.И. К теории движения взвешенных наносов. -М.: ДАН СССР, Т.92, № 2, 1953. 604 с.

29. Комаров А.А. Предупреждение снежных заносов на дорогах Заполярья. -Новосибирск: Изд. СО АН СССР, 1965. 158 с.

30. О методах снегоборьбы на дорогах в горных районах. /Комаров А.А., Каменская К.Г., Альтшулер З.Е. -Тр. НИИЖТа, вып. 130, Новосибирск: 1970, с. I2I-I34.

31. Экспериментальные исследования пролуваемости земляного полотна на моделях в аэродинамическом лотке. /Комаров А.А., Истрапилович М.Г., Веронская И.В. Тр. НИИЖТа, вып. 130, Новосибирск, 1970, с. 168-176.

32. Кунгурцев А.А. Проектирование снегозащитных мероприятий на дорогах. -М.: Автотрансиздат, 1961. 108 с.

33. Кунгурцев А.А. Перенос и отложение снега. -В сб. Вопросы использования снега и борьба со снежными заносами и лавинами. Новосибирск: Изд. СО АН СССР, 1956, с. 90-116.

34. Полуэктов В.Е. Исследование влияния снежных заносов на организацию строительства и определение оптимальных методов снегозащиты в условиях Крайнего Севера: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.: 1968. - 21 с.

35. Полуэктов В.Е, Рекомендации по организации строительства в зоне Енисейского Севера с учетом снегозащиты. -Норильск: 1969,-44 с.

36. Филиппов И.В. Особенности зимнего содержания дорог при значительном снегопереносе. -Автомобильные дороги, 1983, № 10, с. 10-12.

37. Каменев И.М. Особенности строительства зимних дорог на Крайнем Севере. Автомобильные дороги, 1971, № II, с. 30-31.

38. Андрулионис Е.П. Исследование снегозаносимости дорожного полотна: Автореф. дисс. канд. техн. наук. -М.: 1953. 20 с.

39. Некрасов В.К. Содержание автомобильных дорог, -М.: Высшая школа, 1969. 125 с.

40. Сохранений С.Т. Назначение высоты насыпи по критерию снегонезаносимости. Автомобильные дороги, 1983, № 7, с. 18-19.

41. Burd L.D. Consideration of snow removal and ice controlin Highway design. Public Works, n. 8, 1977, P* 72-75»

42. Cron F.W. Snow drift control through Highway design. "Public roads", v. n. 11, 1967, p. 227-234.44# Hogan R.A. Effects of Highway Gesign standarts on snowand ice control operations. "Public Works", v. 109, n. 8, 1978, p. 69-73.

43. Земляное полотно автомобильных дорог в северных условиях. Под ред. Малышева А.А. М.: Транспорт, 1974. - 285 с.

44. Справочник по климату СССР, вып. 17. Л.: Гидрометеоиздат, 1965.

45. Переносы снега при метелях и снегопады на территории СССР. /Михель В.Н., Руднева А.В., Липовская В.И. Л.: Гидрометеоиздат, I960. - 200 с.

46. Михель В.М. Метелевые переносы снега за зим/ и снегоотложения обеспеченностью 5% на территории Западной Сибири и прилегающих к ней районов. Тр. ГГ0, вып. 303. -Л., 1973, с. II5-I26.

47. Бялобжеский Г.В. Зимнее содержание автодорог. В сб. Инженерная гляциология. -Аппатиты. Изд. Кольского филиала АН СССР, 1973, с. 31-36.

48. Кузьмин П.П. Формирование снежного покрова и методы определения снегозаносов. -Л.: Гидрометеоиздат, I960. 220 с.

49. Мельник Д.М. Методика определения влияния длины снегосборного бассейна на интенсивность переноса снега. -М.: Изд. ЦНИИ МПС, 1952. 46 с.

50. Экспериментально-теоретические и полевые исследования закономерностей снежных заносов на железных дорогах в условиях Сибири. Отчет /НИИЖТ; рук. темы Дюнин А.К., тема 38-77, № Г.Р. 77016606, инв. № Б 784705. -Новосибирск, 1979. 228 е., ил.

51. Строительные нормы и правила, часть П, раздел П, гл. 5. Автомобильные дороги. /Нормы проектирования: СНиП П-Д. 5-72/ Государственный комитет Совета Министров СССР по делам строительства. Срок введения 19.10.1972. М.: Стройиздат, 1973. -НО с.

52. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. -Л.: Гидрометеоиздат, 1958, 220 с.

53. Копанев И.Д. Климатические аспекты изучения снежного покрова. -Л.: Гидрометеоиздат, 1982.- 240 с.

54. Лайхтман Л.Л. Физика приземного слоя атмосферы. -М.: Гостех-издат, 1959. 253 с.

55. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. -М.: И.Л., 1956. 528 с.

56. Теоретическая гидромеханика. /Кочин М.Е., Кибель И.А., Розе Н.В./ М.: Наука, 1963, т. 2. - 584 с.

57. Кузьмин П.И. Борьба со снежными заносами в Заполярье. -М.: 1969. 45 с.

58. Аккуратов В.Н. Производство метелемерных наблюдений и методика их обработки. В кн. Снежный покров, его распределение и роль в народном хозяйстве. -М.: Изд. АН СССР, 1962, с. 62-80.

59. Аэродинамические свойства снегозадерживающих насаждений. Тр. ЦНИИ МПС, вып. 591. -М.: Транспорт, 1978. 127 с.

60. Ланецкий Н.К. 0 влиянии рельефа местности. Тр. СоюзДОРНИИ, вып. 108. М.: 1978, с. 73-77.

61. Martinelli M. Xr. New snow-measuring instruments. In: Proc.1.tern. Symp. on Forest Hydrology, Pennsylvania State Univ.,

62. Oxford, 1965: Pergamon Press, 196?. 54, Smitt P.M., Cooper C.F., Chapman E.G. Measuring Snow depltigby Aerial. Western Snow Conference. Boise Idaho. 35, n.18-20,1967, p. 66-72.

63. Горлин G.M., Забирова С.П. Распределение скоростей и турбулентности над неровностями Поверхности. Тр.института механики МГУ, № 4, 1970, с. 33-51.

64. Горлин С.М., Худяков Г.Е. Влияние начальной турбулентности потока на аэродинамические характеристики плоской пластинки. Тр.ин института механики МГУ, № 4, 1970, с. 4-10.

65. Горлин С.М., Слезингер И.И. Аэромеханические измерения. -М.: Наука, 1964. 720 с.

66. Горлин С.М. Экспериментальная аэромеханика. -М.: Высшая школа, 1970. 423 с.59^ Cermak G.E. Wind tunnel simulation of atmospheric phenomena.

67. Technical notes, 1966, p. 17-23. 70» Simulation atmospheric processes in a wind tunnel. Technical notes, 1966, p. 31-35.

68. Problem of blowing snow under the wind attack. High. Res. News, 1973, n. 47, p. 11-13.

69. Горшенин А.С., Мартынов А.К. Руководство к практическим занятиям в аэродинамической лаборатории. -М.: Машиностроение, 1967. 220 с.

70. Пэнкхерст Р., Холдер Д. Техника эксперимента в аэродинамических трубах. -М.: И.Л., 1955. 506 с.

71. Лохин В.К., Матвиенко B.C. Экспериментальное исследование в аэродинамической трубе характера обтекания воздушным потоком модели горного рельефа. Тр.НИИЖТа, вып. 84, Новосибирск, 1969,с. 19-30.

72. Горлин С.М., Зражевский И.М. Изучение обтекания моделей рельефа и городской застройки в аэродинамической трубе. Тр. ГГО, вып. 234. Л.: Гидрометеоиздат, 1968, с. 13-19.

73. Альтшулер З.Е. О соотношении твердых расходов в снеговетровом и ветропесчаном потоках. Тр. НИИЖТа, вып. 130. -Новосибирск: 197I, с. 123-133.

74. Кирпичев М.В. Теория подобия. М.: Изд. АН СССР, 1953. 120 с.

75. Зимнее содержание автомобильных дорог. Под ред. Дюнина А.К. -М.: Транспорт, 1983. 198 с.

76. Аэродинамические испытания дорожных конструкций /Савко Н.Ф., Ланецкий Н.К., Шевцов И.А. Автомобильные дороги, 1972, № 8, с. 30-31.

77. Каменская К.Г. Аэродинамика и снегозадерживающая способность снежных валиков, снежных стенок и траншей. Тр. НИИЖТа, вып. 89. -Новосибирск, 1969, с. 45-55.

78. Бялобжеский Г.В. Зимнее содержание автомобильных дорог. -М.: Автотрансиздат, 1958. 123 с.

79. Ляховский В.Н. Указания по проектированию трассы и профиля железнодорожных линий с учетом снегозаносимости. -М.: Транс-желдориздат, 1956. 40 с.

80. Зайдель A.M. Элементарные оценки ошибок измерения. -Л.: Наука, 1967. 88 с.

81. Рихтер Г.Д. Некоторые закономерности формирования и распространения снежных заносов и принципы организации борьбы с ними. Изв. АН СССР, № I, 1953, с. 26-40.

82. Бялобжеский Г.В. Определение высоты снежного покрова при расчетах незаносимости насыпей. Автомобильные дороги, 1983, № 10, с. 14-16. .

83. Савко Н.Ф., Ланецкий Н.К. Расчет высоты снегонезаносимой насыпи. Автомобильные дороги, 1973, № 10, с. 21-22.

84. Исследование способов уменьшения снегозаносимости автодорог за счет совершенствования элементов поперечного профиля и планаразработать рекомендации. Отчет /СоюзДОРНИИ, рук.темы Бяло<эжеский Г.В. тема ИП-Х1-3-82, р. 2, № г.Р. 8I05II4I, М.: 1982. 71 с.

85. Ляховский В.Н. Методика определения максимального и расчетного расходов снега при проектировании защиты пути от снежных заносов. -М.: ЦНИИС, 1958. 28 с.

86. Указания по определению экономической эффективности капитальных вложений в строительство и реко-инструкцию автомобильных дорог (ВСН 21-75) Минавтодор РСФСР, М.: Транспорт, 1976. 63с.

87. Рекомендации по изысканиям и проектированию снегозадерживающих лесных полос вдоль автомобильных дорог. -М.:Союзгипролес-хоз, 1982. 192 с.

88. КЛИМАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА