Термодинамика грунтов




Скачать 63.68 Kb.
НазваниеТермодинамика грунтов
Дата21.11.2012
Размер63.68 Kb.
ТипРеферат
ТЕРМОДИНАМИКА ГРУНТОВ


Геологический факультет МГУ, кафедра инженерной и экологической геологии, тел 939-35-87.

Автор - проф. Королев Владимир Александрович.

Курс читается в 9 семестре для студентов специальности "Гидрогеология и инженерная геология" (специализация грунтоведение и искусственный литогенез) и для магистрантов обучающихся по магистерской программе "Грунтоведение и искусственный литогенез".

Объем курса - 42 часа, лекций - 28 часов, семинарские занятия - 14 часов.

Форма контроля Текущий контроль заключается в собеседовании на практических занятиях и индивидуальной сдаче задач по практикуму. Курс завершается зачетом

Аннотация. Цель курса - изучение грунтов и их массивов методами термодинамики. Задачи курса - научить студентов применять методы термодинамики для решения различных инженерно-геологических задач.

Курс состоит из 4 разделов. Первый посвящен истории, методам и методологическим основам термодинамики, ее применению в разных разделах геологии. В нем рассматриваются основные понятия, законы и методы термодинамики равновесных и неравновесных процессов применительно к грунтам и другим инженерно-геологическим системам. Во втором разделе рассматривается термодинамика компонентного состава грунтов, как гетерогенных систем. Третий раздел посвящен термодинамическому рассмотрению процессов тепло- и массопереноса и базируется на теории термодинамики необратимых процессов. В четвертом разделе рассматривается применение термодинамики к изучению закономерностей и оценке физико-механических свойств грунтов и их прогнозу в различных термодинамических условиях. Практические занятия по курсу состоят в выполнении индивидуальных заданий студентами по той или иной задаче. Выполнение расчетов проводится на ЭВМ по готовым программам под руководством преподавателя. Самостоятельная работа состоит из подготовки к лекционным и практическим занятиям, выполнения домашних заданий.


Содержание курса


Введение


Проблема энергетики процессов геологической среды. Грунты и их массивы как термодинамические системы.

История применения методов термодинамики в геологии. Современное состояние применения термодинамики в инженерной геологии: методы термодинамики в грунтоведении, технической мелиорации пород, механике грунтов, инженерной геодинамике, региональной инже­нерной геологии.

Объект и задача термодинамики грунтов. Методологические основы термодинамики грунтов. Роль и задачи термодинамики грунтов при решении инженерных и эколого-геологических проблем. Связь термодинамики грунтов с инженерно-геологическими дисциплинами, геокриологией, гидрогеологией, почвоведением, физической и коллоидной химией и т.д.


1.Методологические основы термодинамики грунтов

Основные понятия и определения. Термодинамическая система и геологическая среда. Виды инженерно-геологических термодинамических систем; изолированная, неизолированная, закрытая, открытая, гомогенная, гетерогенная. Фазы и компоненты систем.

Количественное содержание компонентов, примеры различных шкал компонентов. Обобщенные координаты и обобщенные потенциалы инженерно-геологических систем. Закон сохранения обобщенных координат.

Взаимодействие между объектами инженерно-геологических систем. Поля плотностей обобщенных потенциалов; однородное поле, неоднородное, стационарное, нестационарное. Движущие силы процессов. Понятие обобщенной работы. Виды работ в инженерно-геологических системах.

Законы термодинамики и их применение в инженерной геологии. Первый закон, термодинамики. Внутренняя энергия инженерно-геологической системы. Второй закон термодинамики. Понятие энтропии, направленность процессов в инженерно—геологической системе. Третий закон термодинамики.

Метод термодинамических потенциалов и его применение в инженерной геологии. Свободная энергия Гельмгольца, энтальпия, энергия Гиббса. Соотношения взаимности Максвелла. Условия равновесия инженерно-геологической системы.

Основы применения теории неравновесной термодинамики в инженерной геологии. Баланс обобщенных координат, их источники и стоки. Производство энтропии. Линейное соотношение потоков и сил. Соотношения взаимности Онзагера. Особенности применения термодинамики при изучении инженерно-геологических систем разных иерархических уровней.


2. Термодинамика состава и структуры грунтов


Термодинамика фазового и компонентного состава грунтов. Термодинамика твердых, жидких, газовых фаз. Треугольная диаграмма
фазового состава грунта. Применение правила фаз Гиббса к грунтам;
особенности фазовых составов основных типов грунтов. Термодинамические закономерности поверхностей раздела в грунтах.

Термодинамика воды в грунтах. Термодинамический потенциал воды в грунте. Методы его определения. Закономерности формирования потенциала влаги в грунтах. Термодинамика гидратации-дегидратации. Взаимосвязь фазового состава, структуры грунтов и содержания в них энергетических форм воды.

Термодинамика растворимости компонентов грунта, газов, твердых компонентов. Константа равновесия растворимости. Произведение растворимости. Математическое моделирование растворения в грунтах с помощью ЭВМ.

Термодинамика ионного обмена в грунтах. Константа обмена. Уравнения ионного обмена. Определение направленности реакций ионного обмена в грунте. Моделирование на основе термодинамики состава и массообмена компонентов грунта с помощью ЭВМ.

Структура грунта, как отражение термодинамических условий его образования. Термодинамика структурных связей. Влияние термодинамических факторов, на процессы структурообразования.


3. Термодинамика процессов переноса в грунтах


Теплоперенос в немерзлых грунтах. Калорические и теплофизические свойства грунтов. Температурные и тепловые поля немерзлых грунтов. Закономерности теплопереноса. Закон теплопроводности, краевые условия. Критерии подобия в теплопереносе. Моделирование теплообмена и методы расчёта основных параметров тепловых процессов в грунтах с помощью ЭВМ.

Термодинамика массопереноса в грунтах. Изотермический и неизотермический влагоперенос в ненасыщенных дисперсных грунтах. Коэффициенты влагопереноса, влагопроводности, паропроводности, диффуззивности, термовлагопереноса и др. и методы их определения в грунтах. Термодинамика диффузии и осмоса в грунтах. Молекулярная термо- и бародиффузия солей. Эффективный коэффициент диффузии. Математическое моделирование диффузионного равновесия в грунтах.

Термодинамика электропроводности и электрокинетических процессов в грунтах. Взаимосвязь электрокинетических явлений и их ха­рактеристика на основе неравновесной термодинамики. Электрокинетические коэффициенты и методы их определения.


4. Термодинамика физико-механических процессов в грунтах


Термодинамика упругого и неупругого деформирования. Работа и мощность деформирования. Методы оценки энергетических параметров деформирования. Термодинамика одномерной сжимаемости грунтов. Термодинамика просадочности лессов.

Термодинамика реологических процессов в грунтах. Кинетические и термодинамические закономерности ползучёсти и релаксации. Влажностно-температурно-временная аналогия. Термокинетические закономерности ползучести грунтов.

Термодинамика прочности и разрушения. Энергетические проблемы и теории прочности. Температурно-временная зависимость прочности. Критерии разрушения. Термодинамические критерии прочности и методы их определения в грунтах. Термокинетическая теория прочности грунтов. Прогноз прочности грунтов для различных термодинамических условий.


Практические занятия


Задача 1. Анализ изменения фазового состава грунта с помощью диаграммы фазового состава

Задача 2. Расчет и моделирование на ЭВМ равновесий растворимости в грунтах.

Задача 3. Расчет и моделирование на ЭВМ ионного обмена в грунтах.

Задача 4. Расчеты на ЭВМ параметров теплопереноса в грунтах.

Задача 5. Расчет на ЭВМ коэффициентов диффузии ионов в грунтах.

Задача 6. Расчет и моделирование на ЭВМ диффузионного равновесия солей в ненасыщенных грунтах.

Задача 7. Моделирование на ЭВМ влагопереноса в ненасыщенных грунтах.

Задача 8. Расчет на ЭВМ параметров термовлагопереноса в грунтах.

Задача 9. Расчеты на ЭВМ термокинетических параметров прочности грунтов и прогноз длительной прочности.


Литература

А.Основная:


1. Королев В.А. Термодинамика грунтов./ Уч. пособие. – М., Изд-во МГУ, 1997, - 168 с.

2. Базаров И.П. Термодинамика, - М., Высш. шк. 1983.-344с.

3. Булатов Н.К., Лундин А.Б. Термодинамика необратимых физико-химических процессов. – М., Химия, 1984 - 336с,

4. Булах А.Г. Методы термодинамики в минералогии. - Л. Недра, 1974 - 184. с.

5.Дмитриев А.П., Гончаров С.А. Термодинамические процессы в горных породах, М., Недра,1983, –312с.


Б. Дополнительная


1. Воронин А.Д. Структурно-функциональная гидрофизика почв. - М., изд-во МГУ, 1984, - 202 с.

2. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. – М.,. Высшая шк.- 1978, - 447 с.

3. Вялов С.С Термодинамические аспекты механики мерзлых грунтов. - М., Наука, 1988.

4. Глобус А.М. Физика неизотермического внутрипочвенного влагообмена. - Л., Гидрометеоиздат, 1983, - 280 с.

5. Лыков А.В. Тепломассобмен. Справочник. - М., Энергия, 1971, - 560 с.

6. Моделирование процессов засоления и осолонцевания почв. – М., Наука,- 1980.

Похожие:

Термодинамика грунтов iconПрограмма учебной дисциплины «термодинамика»
Учебная дисциплина "Термодинамика" — обязательная дисциплина федеральных государственных образовательных стандартов всех направлений...
Термодинамика грунтов iconЛитература по дисциплине «Механика грунтов»
Бабков, В. Ф. Основы грунтоведения и механики грунтов / В. Ф. Бабков В. Ф., В. М. Безрук. – М. Высш шк., 1986. 239 с
Термодинамика грунтов iconТермодинамика реальных процессов Издается за счет средств автора и в авторской редакции
Вейник А. И., «Термодинамика реальных процессов», Мн.: "Навука I тэхнiка", 1991. 576 с. Isbn 5-343-00837
Термодинамика грунтов iconВопросы к государственному экзамену для студентов специальности 020304 – гидрогеология и инженерная геология по дисциплине «Механика грунтов»
Сжимаемость грунтов. Общие положения. Зависимость между нормальным давлением и коэффициентом пористости грунта
Термодинамика грунтов icon«механика горных пород и грунтов»
...
Термодинамика грунтов iconОпределение деформационных характеристик грунтов различными методами
Определение деформационных характеристик грунтов, а именно модулей деформации и коэффициента Пуассона, согласно гост 12248-96 (1997),...
Термодинамика грунтов iconПриведены основные законы гидростатики и гидродинамики, основные типы насосов и гидродвигателей, гидроприводов, пневмоприводов. Рассмотрены теоретические основы
Курс лекций полностью соответствует примерной программе учебной дисциплины "Гидравлика, пневматика и термодинамика". Может быть использован...
Термодинамика грунтов icon1. Какие вопросы рассматриваются в механике грунтов?
Механика грунтов опирается на результаты научных иссле­дований в области механики сплошных сред (сопротивления мате­риалов, теории...
Термодинамика грунтов iconМетодические указания к лабораторным работам по дисциплине «Механика грунтов»
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Механика грунтов»/ Юж. Рос гос техн ун-т Новочеркасск: юргту, 2003. 28...
Термодинамика грунтов iconУчебно-методическое пособие: М. В. Комарова, Т. Ю. Новожилова, учебно-методическое пособие для студентов III курса физического факультета по общему курсу «Статистическая физика и термодинамика»
«Статистическая физика и термодинамика». Рецензия: проф каф статистической физики, д ф м н. В. П. Романов, экспертное заключение:...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница