Способ определения ветви увлажнения капиллярно-сорбционного потенциала почвогрунтов

) ЯЛ 17551 51)5 б 01 й 33/24 ГОСУДАРСТВЕ ННПО ИЗОБРЕТЕНПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯМ НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ:. АВТОРСКОМУ СВ 1 2(21) 4881817/33:.: " производительности за счетсокращения пе- (22) 12,11,90риода проведения опытов одновременно (46) 15,08;92, Бюл, М 30-" . осуществляют определение равновесной (71) Всесоюзный научно-исследовательскийэпюры влажности (0 р) при увлажнении грунинститут гидротехники и мелиорации им, та 0 р(Н) и при его иссушении 0 р(Р), где Н - А,Н.Костякова " высота точки надзеркалом воды; Р -газовое (72) Е,А.Макарычева .:давление, При этом уалажнение грунта про-. (56) Гречин И.П, идр. Практикум по почвове- . изводят в колонке высотой не менее полодению. М.: Колос, 1964, с,203,, . вины высоты капиллярного поднятия, аМетодика кОмплексных исследований иссушение грунта - методомкапилляриметна орошаемых опытных участках для ойре- . ра. После построения эпюры влажности деления водно-физических и гидрохимиче-0 р(Н) в измеренном диапазоне влажности ских характеристик почв и груйтов, М.: определяют значение отношения е= Н/Р, ВНИИГиМ, 1987, с, 56-62, с. 63-65,": :. строят зависимость (0 р) и экстраполируют (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕТВИ УВ- . ее до границы расчетногодиапазона влаж- ЛАЖНЕНИЯ КАПИЛЛЯРНО-СОРБЦИОН- . ности. Рассчитывают ряд значений Н и до- НОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОЧВОгруНТОВ страивают верхнюю часть равновесной 3 (57) Использование: для определению аод- эпюры влажности прй увлажнении, получая но-физических характеристик почвогрун- в результате ветвь увлажнения капиллярнотов, а именно капиллярно-сорбционного сорбционного потенциала для всего расче 1- потенциала, используемого для расчеТа ско- ного диапазона влажности. 4 ил.рости капиллярного потока воды; Сущностьизобретения: по способу для повышения Изобретение относится к способам определения водно-физических характеристик, в частности капиллярно-сорбционного потенциала, используемого в моделях влагопереноса для расчета скорости капилляр- ного потока воды.Известен способ определения капиллярно-сорбционного потенциала, заключающийся в послойном определении влажности грунтов капиллярного увлажнения над зеркалом грунтовых вод в шурфе. По этому способу снимают ветвь увлажнения, по которой определяют данную водно-физическую характеристику.Однако этот способ требует неизменного положения уровня грунтовых вод в течение длительногэ периода времени, что редко наблюдается в условиях их близкого залегания.Известен также способ определения капиллярно-сорбционного потенциала, по которому снимают ветвь иссушения 0 р(Р), где Р - газовое давление; 0 р - влажность грунта.Однако, несмотря на удобство и надежность этого способа, использование ветви иссушения для описания процесса капиллярного увлажнения вместо ветви увлажнения приводит к существенным ошибкам в определении влажности и засоленности почв и грунтов, особенно а диапазоне малых значений влажности, где роль капиллярного гистереэиса возрастает.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения капиллярно-сорбционногопотенциала, по которому снимают ветвь увлажнения, Согласно известному способу 5осуществляют увлажнение грунта в колонкедо стабилизации скорости впитывания водыс последующим послойным отбором пробгрунта на влажность и построение по полученным данным равновесной эпюры Ор(Н), 10где Н -высота. точки Юад зеркалом воды,Недостатками известного способа являютсяего трудоемкость, связанная с необходимостью доставлять в лабораториюбольшое количество грунта, и длительность 15опытов.Цель изобретения - повышение производительности за счет сокращения временипроведения опытов.Цель достигается тем, что согласно способу, включающему увлажнение грунтов вколонке до стабилизации скорости впитывания воды с последующим послойным отбором проб грунта на влажность 0 р) ипостроение по полученным данным равновесной эпюры Ор(Н), одновременно с увлажнением грунта в колонке производятопределение равновесной эпюры влажности при иссушении ОрР) методом капилляриметрэпри этом увлажнение грунта 30осуществляют в колбнке высотой не менееполовины высоты капиллярного "поднятия ипо полученным данным строят равновеснуюэпюру в измеренном диапазоне влажности,а для построения равновесной эпюры во 35всем расчетном диапазоне влажности определяют значения отношения е = Н/Р, затемстроят график зависимости отношения Н/Рот влажности, экстрэполируют ее до границы расчетного диапазона влажности и с учетом этой зависимости достраиваютверхнюю часть равновесной эпюры влажности при увлажнении,На фиг, 1 представлены эпюры равновесной влажности (1 - ветвь увлажнения; 45А1 - ветвь иссушения); на фиг. 2 - зависимость е(0 р) для диапазона Окол ОрОп(сплошная линия) и ее экстраполяция (пунктирная линия) нэ фиг. 3 полностью постдооенные эпюры равновесной влажности 50(3 - предлагаемым способом; 3 - иэвестБным способом высоких колонок); на фиг. 4 -схема капилляриметра,Способ осуществляют следующим образом, 55Ветвь увлажнения представляет собойэпюру равновесной влажности Ор(Н) в зонекэпиллярного поднятия, где Н - высота точки над зеркалом воды в диапазоне 0НН , Н - предельная высота капиллярного поднятия, Одновременно с определением равновесной зпюры влажности при увлажнении грунта осуществляют снятие равновесной эпюры влажности при иссушении грунта Ор(Р) методом капилляриметра, где Р - газовое давление, Опыты проводят на одних и тех же грунтах. Построение равновесной эпюры влажности Ор(Н) при увлажнении осуществляют в диапазонах О .ННол, 0 олОрОо, где Нкол - высота колонки, Н - высота точки над зеркалом воды; Ол - полная влагоемкость; 0, - влажность на верхнем торце колонки, а снятие эпюры влажности при иссушении грунта Ор(Р) пРоводЯт в диапазонах Оо ОрОп и 0 РО,батм, где Оо - влажность нэ верхней границе зоны капиллярного увлажнения при высоте колонке, равной наибольшей высоте капиллярного поднятия Н). Увлажнение грунта для снятия равновесной эпюры влажности проводят в колонке высотой не менее половины наибольшей высоты кэпиллярного поднятия для обеспечения достаточной точности построения зависимости ф 3 р) во всем расчетном диапазоне влажности.Кроме того, выбор указанных диапазонов измерения определяется тем, что при влажности Ор, соответствующей Р = О,б атм, движение воды.в виде жидкости под действием капиллярно-сорбционного потенциала прекращается,Для построения равновесной эпюры влажности во всем расчетном диапазоне влажности ОоОр Оо) для ряда значений равновесной влажности (Ор) в измеренном диапазоне рассчитывают значения отношения я- Н/Р и строят зависимость фЭр). Как показали исследования, график этой зависимости имеет вид прямой, что позволяет ее экстраполировать и использовать для определения значений Н в диапазоне Н,Н Нк.Для этого ряд значений Ов диапазоне ОоОр 0 ол по графику зависимости е(Ор), определяют значение е. а по эпюре Ор(Р) - соответствующие значения Р и рассчитывают значения высоты точки над зеркалом воды (Н), равные произведению гР. После этогопо значениям Ор и Н достраивают верхнюю часть равновесной эпюры влажности Ор(Н) для диапазона Оо Ор О кол.П р и м е р. Определение ветви увлажнения капиллярно-сорбционного потенциала проведено для легкого суглинка нарушенного сложения из частиц диаметром менее 1 мм. Воздушно-сухой грунт набивали в колонки М 1 и 2 сечением бх 6 см и ,высотой 60 см (М 1) и 100 см (М 2), а также в кольца диаметром 5 см и высотой 5 см (6 образцов для капилляриметра) при объемной массе 1,30 г/см . 5Колонки М 1 и 2 были установлены в поддоны С водой, в которых в течение всего опыта поддерживали постоянный уровень воды. Опыт по увлажнению грунта продолжали до стабилизации скорости впитывания 10 воды, Время опыта на колонке М 1 составило 5 сут, й. 2 - 30 сут, На колонке М 2 к концу опыта высота капиллярного поднятия (Нк ) составила 90 см. Затем проводили послойный отбор проб грунта на влажность и по 15 полученным данным строили равновесные эпюрй влажности для колонок М 1 и 2; Равновесная эпюра колонки М 1 (фиг, 1 ) полностью совпадает с нижней частью эпюры влажности для колонки йг 2 (фиг. 3") в диа пээоне Окол Ор ОпДля определения ветви иссушения испольэовали капилля риметр, представляющий собой лабораторную установку из воронок 1, бюреток Роммельсберга 2. ваку-. 25 умметра 3, вакуум-насоса 4, вакуум-сосуда 5, вакуумных трубок б, тройников 7, зажимов 8 и опорной рамы 9, В качестве фильтров использовали микропористые капроновые мембраны, 30Ветвь иссушения определяли следующим образом.Образцы грунта, отобранные в металлические кольца, насыщали на слое .песка до постоянного веса, устанавливали их в во ронки и насосом создавали разрежение (Р), которое поддерживали постоянным до пол- . ного стока воды из образцов, Значения Р составляли: Р 1 = 0,05 атм; Р 2 = 0,15 там; Р 3 = 0,30 атм; Р 4 = 0,40 атм; Р 5 = 0,60 атм, На 40 первой ступени разрежения (при Р 1) определяли содержание крупных гравитациойных пор, на второй (при Р 2) - содержание всех гравитационных пор, на третьей (приРэ) - содержание активных капиллярныхпор; при Р 4 и Р 5 - содержание мелких капиллярных пор. После опыта образцы взвешивали, высушивали до постоянного веса,определяли влажность грунта после Опытатермостатно-весовым (иь) и обьемную массу (д),По обьему стока, значениям а и д рассчитывали содержание пор разного размера, значения равновесной влажности (Ор) истроили зависимость Ор(Р),Характерные обьемные значения влажности составили: Оо = 28 , Окал = 33, Оп = 43;, для построения зависимости приняты следующие значения равновесной влажности. 0,43-0,41-0,39-0,38-0,36-0,33.Этим значениям соответствуют значения к, равные 0.30 - 0,30 - 0;27-0,25 - 0,23 - 0,22. Зависимость к(Ор), построенная по приведенным данным, показана на фиг. 2 сплошной линией а экстраполяция прямой - пунктиром.Для значений Ор = 0,310,30 - 0,29 - 0,28 по прямой получены значения е, равные 0,18-0,17-0,16-0,15, а по зависимости Ор(Р) - значения Р, равные 350 - 450 - 500- 600 см.Значения Н, рассчитанные по формуле Н = е Р, составили 63 - 72 - 79 - 90 см,Построенная по полученным данным верхняя часть равновесной эпюры Ор(Н) хорошо совпадает с эпюрой, полученной известным методом высоких колонок.Предлагаемый споСоб позволит сущест венно сократить затраты времени на определение ветки : увлажйения кэпиллярно-сорбционного потенциала по сравнению с методом высоких -колонок, в также обеспечивает получение ветви иссушения,Формула изобретения Способ определения ветви увлажнения капиллярно-сорбционного потенциала почвогрунтов, включающий увлажнение грунтов в колонке до стабилизации скорости впитывания с последующим послойным отбором грунта на влажность и построение по полученным данным равновесной эпюры влажности, отличающийся тем,что,с целью повышенйя производительности эа счет сокращения временипроведения опытов, одновременно с увлажнением грунта в колонке производят определение равновесной эпюры влажности при иссушении методом капилляриметра, при этом увлажнение грунта осуществляют в колонке высотой не менее половины высоты капиллярного поднятия и по полученнйм данным строят равновесную эпюру в измеренном диапазоне влажности, а для построения равновесной эпюры во всем расчетном диапазоне влажности определяют значения отношений Н/Р, где Н - высота точки отбора пробы грунта на влажность над зеркалом воды в опыте по увлажнению, м; Р - газовое давление разрежение в опыте по иссушению, атм, затем строят график зависимости отношения Н/Р от влажности, экстраполируют ее до границы расчетного диапазона влажности и с учетом этой завйсимости достраивают верхнюю часть равновесной эпюры влажности при увлажнении.1755190 400 26 9 Р Фиг,4 Составитель Е,МакарычеваТехред М. Моргентал Корректор С. Лисина Редактор А. 2889 Тираж ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ака оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, У