Способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах

Патент 1127945

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА НЕ ЗАМЕРЗШЕЙ ВОДЫ В МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ , включанмций нагревание предварительно замороженного образца грунта, непрерывное измерение температуры, регистрацию количества тепла, затрдченного на нагревание образца и фазовый переход влаги до температуры , и определение количества незамерзшей воды по формуле, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности определения одновременно с замороженным , образцом грунта в одну изотермическую оболочку с ним помещают сухой образец того же грунта с тем же объемнь1м весом скелета, нагревают и фиксируют количество тепла, затрачанное на его нагревание, при этом температуры замороженного и сухого образцов поддерживают одинаковыми.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (t% (11) OCYQAPGTBEHHblA HOMHTET CCCP

ПО ДКЛАМ.ИЗОТ РКТЕНИй И ОТК1ЫТИй

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3607035/29-33 (?2) 07..04.83 (46). 07.12.84. Бюл. и - 45 (72). Ю.С.Даниэлян, Е.А.Кудрявцев и П.А.Яницкий (71) Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной и газовой промышпенности им.В.И.Муравленко (53) 624. 131(088,8) (56) 1. Ершов Э.Д. и др. Фазовый сос" тав влаги в мерзлых породах. M. МГУ, 1979, с. 189.

2. Авторское свидетельство СССР

В 968163, кл. Е 02 D 1/00, 1980. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА НЕЗАМЕРЗШЕЙ ВОДЪ| В МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ,включающий нагреваиие предвари-тельно замороженного образца грунта, непрерывное измерение температуры, регистрацию количества тепла, затраченного на нагревание образца и фазовый переход влаги до температуры 0 С, и определение количества незамерзшей воды по формуле, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения, одновременно с saмороженным, образцом грунта в одну изотермическую оболочку с ним помещают сухой образец того же грунта с тем же объемным весом скелета, нагревают и фиксируют количество тепла, затра-. ченное на его нагревание, при этом температуры замороженного и сухого образцов поддерживают одинаковыми.

1127945

Изобретение относится к строитель ству и может быть использовано при инженерных изысканиях и проектировании зданий и сооружений.

Известен способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, включающий нагревание предварительно замороженного образца грунта и непрерывное измерение температуры образца при оттаивании j1j . 10

Недостатком этого способа является то, что его однократное. применение позволяет определить количество незамерзшей воды (МН,(Т)) в мерзлых грунтах только при одной определен- 15 ной температуре. Однако величина

Ю (Т) существенно зависит от температуры, уменьшаясь при ее понижении вплоть. до температуры Tz, ниже которой Ng не изменяется. Поэтому при 2р определении количества незамерзшей воды Ф (Т) в диапазоне отрицательных температур этим калориметрическим способом оттаивание грунта приходится проводить не менее пяти раз с со- 25 ответствующей подготовкой идентичных образцов. Это влечет за собой большую длительность замера количества незамерзшей воды Ф (Т), а также невысокую точность определения фазового состава воды, связанную с естественным разбросом свойств разных образцов °

Наиболее близким IIQ технической сущности к изобретению является спо35 соб определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, включающий нагревание предварительно замороженного образца грунта, непрерывное измерение температуры, регистрацию количества тепла, затраченного на нагревание образца и фазовый переход о влаги до температуры 0 С, и определение количества незамерзшей воды поформуле (21 .

Недостатком известного способа является то, что не учитываются тепловые потери через боковую поверхность ячейки, кроме того, количество тепла, идущее на нагревание скелета грунта учитывается неточно, влечет за собой снижение точности определения фазового состава воды.

Цель изобретения - повышение точ" ности определения. 55

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, вкл очающему нагревание предварительно замороженного образца грунта, непрерывное измерение температуры, регистрацию количества тепла, затраченного на нагревание образца и фазовый переход влао ги до температуры О С, и определение количества незамерзшей воды по формуле, одновременно с замороженным образцом грунта в одну изотермическую оболочку с ним помещают сухой образец того же грунта с тем же объ-. емным весом скелета, нагревают и фик-: сируют количество тепла, затраченное на его нагревание, при этом температуры замороженного и сухого образца поддерживают одинаковыми.

На фиг..1 и 2 представлены соответственно схема установки для осуществления способа и схема реализации способа, на фиг.3 вЂ” графические данные определения незамерзшей воды теплометрическим (известным) и предлагаемым способами.

Установка включает криостат 1 с камерой 2, заполненной антифризной жидкостью, в которой размещены две идентичные измерительные ячейки 3 для образцов сухого 4 и влажного 5 грунта и электромешалка 6, потенциометр 7, усилители 8 постоянного тока, датчики для измерения температуры (термопары) 9 и теплового потока (тепломеры) 10 и сосуд 11 Дьюара.

Способ осуществляют следующим образом.

Образцы сухого 4 и влажного 5 грунта помещают в две идентичные ячейки 3, снабжают датчиками для измерения температуры 9 и теплового потока 10, опускают в камеру 2 криостата 1 и охлаждают до температуры То, ниже которой фазовый переход практически не происходит (для большинства о грунтов Т> не ниже -10 С). Образцы выдерживают при этой температуре 23 ч (за это время заканчиваются релаксационные процессы, возникающие при промерзании). Далее отключают холодильный агрегат криостата 1, образцы медленно нагревают при интенсивном перемешивании антифризного раствора в криостате 1 электромешалкой 6 и одновременно производят запись показаний датчиков. температуры 9 и теплового потока 10 потенциометром 7. Таким образом, получают данные об.изме- . нении во времени температуры Т образцов и количества . тепла, затрачене

1127945 ного на нагревание системы грунт-во-да-лед и фазовый переход влаги во о, влажном образце 5 до температуры 0 С, а также количества тепла, затраченного на нагревание сухого образца 4;

Когда температуры образцов достигают

О С, образцы вынимают из криостата, Ф стандартным весовым способом определяют влажность Фо во влажном образце. На основе данных изменения темпе- 10 ратуры образцов и количества тепла, затраченного на их нагревание, получают непрерывную зависимость W (Т) и результаты измерений обрабатывают по формуле

I 15

С. е

С,вЂ” л

Св Сл где С1 =

Ъxpc л о

Применение предлагаемого способа позволяет учитывать неконтролируемые утечки тепла, а также теплопотери, возникающие при определении теплоемкости скелета, грунта за счет исполь эования для измерений и расчетов раз. ности тепловых потоков, идущих на нагрев влажного и сухого образцов, находящихся при одинаковой температуре, что в конечном итоге приводит к зиа чительному увеличению точности опре- деления содержания незамерзшей води в мерзлых грунтах.

1 д изкщиаельнь!м приборам

Фиг.2

W„ O)=e (® Ъайе - (аЬьЯ+1)е "4й), о 2 °

Ф (Т) вЂ” количество незамерзшей

Н3 воды, д.е., Т вЂ” температура, С, 30

Ф0 вЂ” суммарная влажность, д.е., 4 - количество тепла, затраченное на нагревание системы грунт вода-лед 35 и фазовый переход влаги, йж;

62 - количество тепла, затраченное на нагревание сухого образца, Дж;

40 удельная теплоемкость воды, Дж/кг-град; удельная теплоемкость льда, Дж/кг град, скрытая теплота- плавления льда, Дж/кг; объем образца, м, объемная масса скелета грунта кг/ ;

На фиг.3 приведены сравнительные данные по определению содержания незамерзшей воды для глины с преобладающим содержанием каолина, получен ные с помощью теплометрического (крИвые 12) и предлагаемого способов (кривые 13).

В предлагаемом способе удается избежать того разброса данных, который наблюдается в теплометрическом способе (как и в калориметрическом).

Это видно, в частности, из сравнения

12 и 13 групп кривых зависимости содержания незамерзшей воды от температуры.

t 327945

Составитель Г.Мартынова

Редактор Г.Волкова Техред С.Легеза Корректор A.Òÿñêî

Заказ 8998/21 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

3 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæroðîä, ул.Проектная, 4