Способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ПЮ 61) ИСАНИЕ ИЭОБРЕТТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1/ К явц вый сос"М., МГУ,о СССР980. АРСТЮННЫЙ НОМИТЕТ ССОР ЛАМ. ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕС ВА НЕЗАМЕРЗШЕЙ ВОДЪ В МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ,включающий нагреваиие предварительно замороженного образца грунта,непрерывное измерение температуры,регистрацию количества тепла, затраченного на нагревание образца и фазовый переход влаги до температуры 0 С,и определение количества незамерзшейводы по формуле, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности определения, одновременно с замороженным, образцом грунта в однуизотермическую оболочку с ним помещают сухой образец того же грунта с темже объемным весом скелета, нагреваюти фиксируют количество тепла, затра-.ченное на его нагревание, при этомтемпературы замороженного и сухогообразцов поддерживают одинаковыми,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 И . 10Недостатком этого способа является то, что его однократное. применение позволяет определить количество незамерзшей воды (МН,(Т в мерзлых грунтах только при одной определен ной температуре, Однако величина Ю(Т) существенно зависит от температуры, уменьшаясь при ее понижениивплоть. до температуры То, ниже которой Э не изменяется. Поэтому при 2 д определении количества незамерзшей воды Ф (Т) в диапазонеотрицательных температур этим калориметрическим способом оттаивание грунта приходится проводить не менее пяти раз с со ответствующей подготовкой идентичных образцов. Это влечет за собой большую длительность замера количества неза" мерзшей воды В (Т), а также невысокую точность определения фазового состава воды, связанную с естественным разбросом свойств разных образцовНаиболее близким по технической сущности к изобретению является спо 35 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 переходовлаги до температуры 0 С, и определение количества незамерзшей воды по формуле 2.:1Недостатком известного способа является то, что не учитываются тепловые потери через боковую поверхность ячейки, кроме того, количество тепла, идущее на нагревание скелета грунта учитывается неточно, влечетза собой снижение точности определения фазового состава воды.Цель изобретения - повышение точ"ности определения. 55Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, включающему нагревание предварительно замороженного образца грунта, непрерывное измерение температуры, регистрацию количества тепла, затраченного на нагре. вание образца и фазовый переход вла.оги до температуры 0 С, и определение количества незамерзшей воды по Формуле, одновременно с замороженным образцом грунта в одну изотермическуюоболочку с ним помещают сухойобразец 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 реализацииспособа, на Фиг,3 - 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 (теп. ломеры) 10 и сосуд 11 Дьюара.Способ осуществляют следующим образом.Образцы сухого 4 и влажного 5 грунта помещают в две идентичныеячейки 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 большинстваогрунтов То не ниже -10 С). Образцы выдерживают при этой температуре 2- 3 ч (за это время заканчиваются релаксационные процессы, возникающиепри 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 изменении во времени температуры Т образцов и количества . тепла, затрачен- е1127945 ного на нагревание системы грунт-во- .да-лед и фазовый переход влаги воо,влажном образце 5 до температуры О С,а также количества тепла, затраченного на нагревание сухого образца 4;Когда температуры образцов достигаютО С, образцы вынимают из криостата,Фстандартным весовым способом определяютвлажность Фо во влажном образце. На основе данных изменения темпе Оратуры образцов и количества тепла,затраченного на их нагревание, получают непрерывную зависимость Щ(Т) ирезультаты измерений обрабатывают поформуле15 С9С, -лЯ Сэ-СлгДе С 1 =Ъч зе рслфо 20 Применение предлагаемого способа позволяет учитавать 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 К июкерищельньм прибором Т%1)1)=Е 1),Ъае- (аЬьЛ)ед"Дй,о ц сгФ (Т) - количество незамерзшейНЗводы, д,е.,Т - температура, С, 30Ф 0 - суммарная влажность,д.еЙ - количество тепла, затраченное на нагреваниесистемы грунт-вода-леди фазовый переход влаги,РжиЙ 2 - количество тепла, затраченное на нагревание су.кого образца, Джр40 удельная теплоемкостьводы, Дж/кг.град;удельная теплоемкостьльда, Дж/кг град;скрытая теплота плавления льда, Дж/кг;объем образца, м,объемная масса скелетагрунтакг/; На фиг,3 приведены сравнительные данные по определению содержания незамерзшей воды для глины с преобладающим содержанием каолина, получен: ные с помощью теплометрического (крИ- вые 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.3327945 орректор А.Тя писное 11303 илиал ПОП "Патент", г.ужгород роектная,Редактор Г Заказ 8998 Составитель Г.Иартыноваолкова Техред С.Легеза Тираж 643 ИоГосударственного комитета СССелам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д