Аннотация: Тепловой режим дорожных одежд и оснований является важным фактором, определяющим их надежную и безопасную эксплуатацию в криолитозоне. Целью исследований являлась количественная оценка возможности замены слоистой среды грунтового основания дороги эквивалентным однородным грунтом со средним коэффициентом температуропроводности при расчете глубины зоны теплового влияния дороги. Рассмотрены два способа усреднения теплофизических свойств слоистой среды: средневзвешенный и среднеарифметический. Получены зависимости для определения степени отклонения свойств и толщин слоев грунтового основания, при которых оба способа являются приемлемыми для инженерных расчетов. В качестве примера, рассмотрена двухслойная среда дорожного основания. Для анализа использовалась классическая формула глубины теплового влияния, полученная из решения интегральным методом одномерного уравнения нестационарной теплопроводности.   Приведены простые инженерные формулы для относительной ошибки определения значений глубины теплового влияния при использовании в расчетах эквивалентного слоя дорожной одежды. Рассмотрен конкретный пример расчета глубины зоны теплового влияния в двухслойном грунте дорожного основания. Получено уравнение функциональной связи между параметрами, характеризующими степень отклонения толщины и теплофизических свойств отдельных слоев друг от друга, которое обеспечивает ошибку в расчетах глубины зоны теплового влияния меньше допустимого значения. Результаты численных расчетов представлены в виде 2D и ЗD графиков, которые позволяют наглядно оценить влияние диапазона изменения значений коэффициентов температуропроводности отдельных слоев грунта на правомерность использования различных способов построения эквивалентной однослойной конструкции дорожного основания.

Ключевые слова: автомобильная дорога, многолетняя мерзлота, тепловой режим, прогноз, коэффициент, слой, эквивалентный, теплопроводность, ошибка, расчет

Abstract: The thermal regime of road surface and basements is an important factor determining their reliable and safe operation in the cryolithozone. The aim of the research was to quantify the possibility of replacing the layered environment of the road's soil base with an equivalent homogeneous soil with an average coefficient of thermal conductivity when calculating the depth of the road's thermal influence zone. Two methods of averaging the thermophysical properties of a layered medium are considered: weighted average and arithmetic average. Dependences are obtained for determining the degree of deviation of the properties and thicknesses of the layers of the soil base, in which both methods are acceptable for engineering calculations. As an example, the two-layer medium of the road base is considered. For the analysis, the classical formula of the depth of thermal influence was used, obtained from the solution by the integral method of the one-dimensional equation of unsteady thermal conductivity. Simple engineering formulas are given for the relative error in determining the values of the depth of thermal influence when using an equivalent layer of pavement in calculations. A concrete example of calculating the depth of the zone of thermal influence in the two-layer soil of the road base is considered. The equation of the functional relationship between the parameters characterizing the degree of deviation of the thickness and thermophysical properties of individual layers from each other is obtained, which provides an error in the calculations of the depth of the zone of thermal influence less than the permissible value. The results of numerical calculations are presented in the form of 2D and 2D graphs, which allow us to visually assess the influence of the range of changes in the values of the thermal conductivity coefficients of individual soil layers on the legality of using various methods of constructing an equivalent single-layer road foundation structure.

Keywords: error, equivalent, thermal regime, forecast, coefficient, thermal conductivity, layer, permafrost, road, calculation