Способ определения физических характеристик мерзлых пород

,958906 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(53) УДК 624.131, .372/373:624.131.43: :551.34 (088.8) Опубликовано 15.09.82. Бюллетень34Дата опубликования описания 25,09.82 по делам изооретеиий и открытий(72) Авторы изобретения П. И. Калашников, Ю. Ф, Судариков и Н. Н; щя,раза родуктов есоюзныи научно-исследовательскии институт народном хозяйстве и подземного хранения неи сжиженных газов 1) Заявитель(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИМЕРЗЛЫХ ПОРОД ами известных способов явля- емкость и сложность оборудоИзобретение относится к лабораторным определениям физических характеристик в полевых условиях мерзлых .пород, теряющих связность при оттаивании, например, песков, супесей.Изобретение может быть использовано при проведении инженерно-геологи-ческих изысканий под наземные и подземные сооружения в районах развития мерзлых пород.Известны способы определения физи ческих характеристик мерзлых пород путем измерения веса или объема с последующим определением параметров по расчетным формулам 1.Таким образом определяют объемную, массу и суммарную весовую влажность, Льдистость мерзлых пород и количество незамерзшей воды в них определяют калориметрическим методомили по таким физическим характеристикам как влажность и пластичность 2.20Размокаемость талых пород или скорость их теплового разрушения определяют на приборе ПР конструкции Д. И. Знаменского - В. И. Хаустова 3. Недостаткется их трудования,Наиболее близким способом определения физических характеристик мерзлых, дисперсных пород по своей технологической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ совмещенного определения объемной массы, суммарной влажности и суммарной льдистости 4.Согласно известному способу объемную массу, суммарную влажность и суммарную льдистость определяют на одном образце мерзлой породы в сосуде, установленном на весах и заполненном водой. По этому способу использован принцип пикнометрического определения суммарной влажности, объемная масса определяется по весу и объему вытесненной образцом воды, а льдистость - по изменению объема системы вода + лед после растаивания в породе льда, причем изменение объема определяют весовым способом. Производят последовательное взвешивание сосуда, заполненного водой до мерной черты, при погружении в сосуд образца исследуемой породы, сосуда с образцом после слива воды из сосуда до мерной черты, повторного взвешивания сосуда с водой и неоттаявшим образцом, долива в сосуд до мерной черты после полного разрушения образца и взвешивания сосуда с водой и разрушенным образцом. Операции по определению массы, суммарной влажности и суммарйой льдистости сводятся таким образом к последовательному взвешиванию на чашечных или аналитических весах сосуда с водой и образцом породы массой, например, 1 - 2 кг,Указанный способ имеет следующие недостатки: не производится определение скорости теплового разрушения образца; поддержание горизонтального уровня воды в сосуде в процессе его взвешивания и слива или долива воды из-за изменения положения чашки весов практически трудно осуществимо, что приводит к большим погрешностям производимых определений. При этом ошибки весовых и объемных измерений имеют однозначные погрешности, что сводит на нет контроль весовых измерений объемными или наоборот,Цель изобретения - одновременное определение на одном образце мерзлой дисперсной породы скорости теплового разрушения и упрощение технологии определения объемной массы, суммарной влажности и суммарной льдистости,Поставленная цель достигается тем, что согласно известному способу, включающему заполнение сосуда водой до мерной черты, погружение в сосуд образца исследуемой породы, слив избытка воды из сосуда до мерной черты, долив воды в сосуд до мерной черты после полного разрушения образца с последующим расчетом физических характеристик по формулам, измеряют размеры образца, взвешивают его перед погружением в сосуд, замеряют изменение объема воды при погружении образца, фиксируют время полного теплового разрушения образца и изменение объема воды в сосуде в результате этого разрушения, а при расчете физических характеристик используют измеренные данные: вес образца и изменение объема воды в сосуде после погружения образца в сосуд и после его теплового разрушения.На чертеже изображено устройство для реализации, предлагаемого способа, общий вид.Устройство включает сосуд 1; сетку 2, мерную шкалу 3, подставку 4, юстировочные винты 5, нормальное положение уровня воды в сосуде 6, сливное отверстие с краном 7, образец мерзлой породы 8.Предлагаемый способ реализуется в следующей технологической последовательности: берут сосуд 1 с сеткой 2 и мерной,шка,лой 3 и ставят на подставку 4, юстировоч Ч30100 ЛЧЧ(х,- х,)-уменьшение объема образца приоттаивании, см,- объем долитой воды в сосуд, см,- объем слившегося избытка водыиз.сосуда, смз;-продолжительность теплового разрушения, с;у,)-плотность соответственно воды, 55 льда и минерального скелета породы, г/смз.Пример практического осуществленияпредлагаемого способа. 50 ными винтами 5 приводят в вертикальное положение, заполняют его водой до уровня 6, который определяется положением сливного отверстия с краном 7.Образец мерзлой породы правильнойформы, например цилиндрической, взвешивают на лабораторных весах с точностью 0,5 г, измеряют его диаметр и высоту с точностью до 0,1 мм и помещают в сосуд 1 на сетку 2 при закрытом кране 7. Изме ряют изменение объема воды в сосуде померной шкале 3. Открывают кран 7 и замеряют объем воды, вытесненной образцом 8 из сосуда 1, мерным стаканом с точностью 1 смэ. Одновременно включают секундомер и наблюдают за разрушением образца.По окончании теплового разрушения (оттайки) образца секундомер выключают. Далее берут измеренный объем воды и доливают всосуд 1 при открытом кране 7. Одновременно замеряют объем избыточной воды, сли вающейся через кран мерным сосудом. Точность измерения доливаемой и сливающейся воды 0,5 смз. По разности долитой и слившейся воды рассчитывают уменьшение объема образца 8 в результате его оттайки.Объемную массу, суммарные влажностьи льдистость и линейную скорость теплового разрушения образца рассчитывают по следующим формулам12, 6 2,178 0,0356 см/с Ч= 21 Трудоемкость определения перечисленных физических характеристик по предла гаемому способу почти в семь раз меньше, чем по существующим методикам. 5Способ реализован на практике в полевых условиях на цилиндрическом образце мерзлой породы, отобранном из керна разведочной скважины. Технология определения физических характеристик образца следующая. 5Выпиливают цз цилиндрического керна образец, диаметр которого равен 126,8 мм (среднее из замеров в трех сечениях), вы-.сота 80,2 мм (среднее из замеров по противоположным образующим) . Вес образца при взвешивании на лабораторных весах оказался равным 2017,5 г. В сосуд диаметром 150 мм и высотой 400 мм, заполненный водой с температурой 14;8 С при закрытом кране, опускают образец на сетку, включают секундомер и открывают кран. В мерный цилиндр из сосуда слилось 993,5 смз воды. По, окончании теплового разрушения образца выключают секундомер, он показал 178 с. Налили в мерный стакан 50 см воды и выливают ее в сосуд, из сосуда слилось 19,5 смз воды.гоПо полученным в процессе опыта данным производят расчеты объемной массы, суммарных влажности и льдистости и скорости теплового разрушения по приведенным выше формулам в следующей очередности:а) по результатам опыта: Р = 2017,5 г; Ч = 993,5 смз; ЕЧ = Ч 1 - Ч = 50 - 19,5==30,5 смз; д = 12,68 см; 1 = 178 с;б) справочные данные Ув = 1 г/смз; Зл= 0,92 г/смз; Ус= 2,65 г/смз (7).в) расчет определяемых характеристик: 6По сравнению с существующим методом определения физических характеристик мерзлых пород на одном образце,. предлагаемый способ позволяет упростить оснащенность полевой лаборатории приборами, определить скорость теплового разрушения породы с одновременным определением объемной массы, суммарной влажности и суммарной льдистости породы, существенно сократить трудозатраты на проведения лабораторных работ.Форяула изобретенияСпособ определения физических характеристик мерзлых пород путем заполнениясосуда водой до мерной черты, погруженияв сосуд образца исследуемой породы, слива избытка воды из сосуда до мерной черты,долива воды в сосуд до мерной черты послеполного разрушения образца с последующимрасчетом физических характеристик по формулам, отличающийся тем, что, с целью одновременного определения на одном образцескорости его теплового разрушения и упрощения технологии определения объемной массы, суммарной влажности и суммарной льдистости мерзлых пород, измеряют размеры образца, взвешивают его перед погружениемв сосуд, замеряют изменение объема водыпри погружении образца, фиксируют времяполного теплового разрушения образца иизменение объема воды в сосуде в результате этого разрушения, а при расчете физических характеристик используют измеренные данные.. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе,1. Мазуров Г, П. Физико-механическиесвойства мерзлых грунтов. Л Стройиздат,1975, с. 5 - 7.2. Давыдочкин А. Н. Полевая оценкальдистости и просадочности глинистых грунтов. Труды совещания по инженерно-геологическим свойствам горных пород и методам их изучения. М., АН СССР, 1957,с, 25 - 28.3. Чаповский Е, Г, Лабораторные работыпо грунтоведению и механике грунтов. М.,Недра, 1975, с. 9 - 11.4. Авторское свидетельство СССР373586, кл. 6 01 М 5/02, 26.06.73.ль О. Чеойкас го ком ите й и откр аушская н город, ул. 4/5 ная,Редактор С Заказ 6764/ апесочный ВНИИПИ Госупо делам13035, Москва,иал ППП Пате Составит Техред А.Тираж 887 дарственно изобретени Ж - 35, Р нт, г. Уж ухаКорПода ССытийаб дПроек ректор Е. Рошкописное