Устройство для определения физических характеристик мерзлых грунтов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ лаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Тюменский государственный научно-исследовательский и проектный институт природных газов,(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 373586, кл. Я 01 Й 5/02, 1973,2. Способ и устройство для совмещения физических характеристик мерзлых пород. Информационный листок9201-80 Тюменского территориальногоцентра научно-технической информации(54)(57) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕРЗЛЫХГРУНТОВ, включающее корпус с жидкостью, капилляр, плавающий элемент, установленный по оси корпуса с образованием кольцевого канала с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости, корзинку для образца, присоединенную к нижней части плавающего элемента.,и уплотнение, размещенное в верхней части корпуса, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения за.счет возможности учета дополнительного воздуха, находящегося в жидкости, оно снабжено размещенной коаксиально внутри плавающего элемента дополнительной трубкой, укреп- Е ленной на внутренней его стенке над корзинкой, а дно корзинки выполнено из воздухонепроницаемого материа20 Изобретение относится к областиполевых и лабораторньм исследова"ний Физических свойств мерзльмгрунтов.Известен способ одновременного 5определения на одном образце мерзлого грунта значений объемного веса,суммарной влажности и суммарной относительной льдистости путем взвешивания, Способ заключается в том, 10что в сосуд с водой, имеющий сливное отверстие, помещают образецмерзлого грунта. Определяют весмерного сосуда с определенным объемом воды до и после размещения 5образца. Сливают воду до сливногоотверстия, взвешивают сосуд с мерзлым грунтом, протаивают грунт, доли"вают воду до сливного отверстияи снова взвешивают 1.1 ,Недостатком этого способа является то, что способ не позволяетточно измерить объем льда в образце, так как смещение уровня водыв сосуде после протаивания происходит как за счет Фазового переходальда в воду, так и за счет выделения газовой Фазы из самого грунтаи воздуха, абсорбированного вводе.Неучет газовой Фазы и постороннего З 0воздуха приводит к завышенным значениям льдистости и влажности грунтов,Известно устройство для определения физических характеристик мерзлых грунтов, включающее корпус с жид костью, капилляр, плавающий элемент,установленный по оси корпуса с образованием кольцевого канала с возможностью возвратно-поступательногоперемещения в вертикальной плоскости,40корзинку для образца, присоединенную к нижней части ппавающего элемента,и уплотнение, размещенное вверхней части корпуса 2 3.Недостатком известного устройства 45является низкая точность определенияльдистости и газосодержания образца мерзлого грунта, обусловленнаятем, что сбор и измерение объемавыделившегося газа осуществляют в 50кольцевом зазоре между мерным цилинд,ром и плавающим элементом. Точностьизмерения объема газа определяетсяплощадью сечения кольцевого зазора.Кроме того, конструкция прибора 55такова, что в кольцевой зазор собирается газ, выделяющийся как иэ образца, так и из рабочей жидкости,а также газ, находящийся, на внутренней поверхности стенок устройства,Недостатком устройства являетсятакже трудность установления и поддержания определенного рабочего объемасосуда при проведении герметизациипутем перемещения и Фиксации в определенном положении крышки.Целью изобретения является повышение точности определения засчет возможности учета дополнительного воздуха, находящегося в жидкосТиеПоставленная цель достигаетсятем, что устройство, включающеекорпус с жидкостью, капилляр, плавающий элемент, установленный пооси корпуса с образованием кольцевого канала свозможностью возвратно-поступательного перемещенияв вертикальной плоскости, корзинкудля образца, присоединенную к нижнейчасти плавающего элемента, и уплотнение, размещенное в верхней частикорпуса, снабжено размещенной коаксиально внутри плавающего элементаополнительной трубкой, укрепленной на внутренней его стенке надкорзинкой, а дно корзинки выполнено из воздухонепроницаемого материала.На фиг. 1 изображена общая схемаустройства; на фиг,2-5 - различныеположения плавающего элемента в процессе проведения определений,Устройство состоит из корпуса 1с жидкостью, плавающего элемента2, расположенного с возможностьювозвратно поступательного перемещения в вертикальной. плоскости, вкорпусе с образованием кольцевогоканала 3, корзинки 4, присоединеннойк нижней части плавающего элемента2, капилляра 5, подсоединенного ккорпусу 1, уплотнения 6 для герметизации зазора между корпусом и плавающим элементом и одновременнодля фиксации плавающего элемента,сливного крана 7, дополнительнойтрубки 8 с краном 9, укрепленнойна внутренней поверхности плавающего элемента 2, Образец мерзлогогрунта 10 размещается в корзинке 4.Плавающий элемент 2 в нижней частиимеет конусность, переходящую вдополнительную трубку 8. Пространства в капилляре 5, в корпусе 1 и дополнительной трубке 8 сообщаютсяЪ3 11 между собой. Трубка 8, корпус 1 и капилляр 5 снабжены шкалами (не обозначены).ЙДля определения физических характеристик выполняются сведующие операции: в корпус 1 заливается рабочая жидкость, например вода. В корпус 1 вставляется плавающий элемент 2 с корзинкой 4 и измеряется величина погружения плавающего элемента 2- Р и уровень жидкости Но(фиг.1), плавающий элемент с корзинкой извлекается, в корзинку укладывается образец мерзлого грунта 10, затем плавающий элемент 2 с корзинкой 4 снова вставляется в корпус 1 и измеряется величина погружения плавающего элемента Р, и уровень жидкости Н (фиг.2); кольцевой канал 3 между плавающим элементом 2 и корпусом 1 герметизируется уплотнением 6. При помощи крана 9 герметизируется трубка 8. Измеряется уровень Н. С этой позиции грунт оттаивает, а выделяющийся газ собирается в трубке 8. Изменяется уровень жидкости в капилляре 5 за счет уменьшения объема льда при фазовом переходе (фиг.З). После протаивания измеряются уровни , Ъ и Ъ в капилляре 5 и трубке 8 фиг.4), плавающий элемент 2 освобождается от уплотнения 6, открывается кран 9 и измеряется величина погружения плавающего элемента 2 с оттаявшим грунтом Р 5 (Фиг.5),По этим данным рассчитываются объем образца до протаиваниявес образца до протаиванияобъем газа в поровом пространствеТР Уо 1ат ф 22918 4 объем льда в образце5 объеМ незамерзшей водыФ(Р 1-Рз х- Эл Тжнов + л+Э 8 3)к 36 7 ж Эь Э ж10вес скелета образца грунта=(Р 5-Р,) т ,По известным формулам вычисляются объемный вес образца мерзлогогрунта, суммарная влажность, суммарная льдистость, газонасыщенность,количество незамерзшей воды и удельный вес грунта, где с - ценаделения шкалы при гидростатическомвзвешивании у , у, у - удельныйвес жидкости, льда и воды, соответственно Р , Т , Р,Т - давление 25и температура газа в момент измерения в устройстве и в поровом пространстве на глубине залеганияобразца.Преимущество предлагаемого устройства состоит в том, что объемгаза измеряется в дополнительнойтрубке, где погрешность измеренияуровня рабочей жидкости, а следовательно, ее объем газа значительно 35 ниже, чем в кольцевом канале. Пригерметизации кольцевого канала уровень жидкости в нем не изменяетсяпри изменениях уровней в капилляре и трубке. Это позволяет точнее 40 измерить суммарный эффект понижения уровня за счет перехода льда вводу и выделения газа. Так как образеп расположен близко к дополнительной трубке, а объем жидкости между 45 образцом и плавающим элементом минимален, то и минимально количествопостороннего воздуха, которое попадает в мерную трубку. Постороннийвоздух выделяется и собирается 50 в кольцевом зазоре, где измеряетсяего объем и учитывается в расчетах,