Способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскииСоциалистическихРеспублик и 968163(5 )М. Кл, Е 02 0 1/00 3 Ьеуааротеаииые комитет СССР де делам изобретений и открытийДата опубликования описания 23, 10.82 Э,Д,Ершов, 6.С,Даниэлян, П.А,Яницкий, В.Н.Галиеваи А.А.СтепкинГосударственный научно-исследовательский 1 и проектныйинститут нефтяной и газовой промышленностиим. В.И,Муравленко(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА НЕЯАМЕРЗИЕИ ВОДЫ В МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ Изобретение относится к строительству и может быть использовано при инженерных изысканиях и проек" тировании зданий и сооружений,Известен способ определения количества незамерзшей воды в иссле-. дуемом материале по его электрическим свойствам1 1.Недостатком этого способа является зависимость электрическог параметра материала не только от влагосодержания, но и от температуры образца. Наиболее Ьлизким техническим ре-. шением к изоЬретению является способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, включающий нагревание предварительно замороженного оораэца грунта и непрерывное измерение температуры образца при оттаивании 1 2 ,Недостатком известного способа является то, что его однократное применение позволяет определить количество незамерзшей воды в мерзлыхгрунтах Ин(Т) только при одной определеннои температуре. Однако величина У(Т) существенно зависит от .нтемпературы, уменьшаясь при ее понижении вплоть до температуры Т,ниже которой Чн практически не изменяется (фиг, 1), Поэтому при определении количества незамерзшей 1 оводы Ян,(Т) в диапазоне отрицательных температур этим калориметричес"ким спосоЬом оттаивание грунта приходится проводить не менее пяти раз 15с соответствующей подготовкой идентичных образцов. Это влечет за собой большую длительность замераколичества незамерзшей воды Ч(Т)и невысокую точность .определения Фагазового состава воды, связанную с естественным разбросом свойств разных образцов.Цель изобретения - сокращениевремени замера и повышение точностиопределения Фазового состава воды.3 Э 681 ь 3Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, включающем нагревание, предварительно замороженного образца грунта и непрерывное измерение температуры образца при оттаивании, замораживание образца грунта производятдо температуры, при которой стабилизируется количество. незамерзшей 10 воды, выдерживают при этой температуре 3-4 ч, а при оттаивании образца мерзлого грунта непрерывно регистрируют количество тепла, затраченного на его нагревание, и фазовый переход 15 влаги до температуры оЬразца "С, затем измеряют суммарную влажность образца и на основе полученных данных определяют непрерывную зависимость количества тепла от температуры, а количество незамерзшей воды определяютпо формулеат" ат а 1 т):е РОЬце -йпМ+д)е дт,щ - 10о25 4 . СпЖочарж. 40 где Е - льдистость грунта, д.е., которое с учетом того, что- количество тепла, затраченного на нагреваниесистемы грунт-вода-лед ифазовый переход влаги;с " удельная теплоемкостьводы, Дж/кг град;с - удельная теплоемкостьЛльда, Дж/кг град,с - удельная теплоемкостьсухого грунта, Дж/кг град,Ж - открытая теплота плавления льда, Дж/кг;Ч - объем образца, м 3; ф 5объемная масса скелетагрунта, кг/мНа Фиг. 1 приведен график колицества незамерзшей воды; на Фиг. "2 устройство, реализующее способ", на 50Фиг, 3 - динамика изменения температуры Т и количества тепла О при оттаивании мерзлого грунта.Устройство содержит образец 1грунта, помещенный в камеру 2 из теплоизоляционного материала, снабжен-. ную датчиками температуры 3 и теплового потока 1; 4Способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтахосуществляют следующим образом,ОЬразец 1 помещают в камеру 2,охлаждают его. до температуры Т, ниже которой Фазовый переход практически не происходит (для большинствагрунтов, встречающихся на практике,Тне меньше "10 С). Образец выдероживают при этой температуре 3-М ч(за это время заканчиваются реалаксационные процессы, возникающие при промерзании),Далее камеру с грунтом помещаютв среду с положительной температурой,Образец начинает нагреваться, приэтом с помощью электроизмерительныхприборов производят запись показанийдатчика температуры 3 и теплового потока ч. Таким образом получают данныеоб изменении во времени температурыТ и количества тепла, затраценногона нагревание .системы грунт-вода-леди фазовый переход влаги, Когда температура образца 1 достигнет О С,образец вынимают из камеры 2 и стандартным весовым спосоЬом определяютвлажность Чо, Затем на основе данныхизменения температуры образца Т иколичества тепла, а при оттаиваниигрунта получают. непрерывную зависимость 0(Т) и результаты измеренийобрабатывают по Формуле, вывод которой представлен ниже,Уравнение теплового Ьаланса длярассматриваемого образца грунта имеет следующий вид.)иь дТЖЧ З,сгде е - время, с;с - удельная теплоемкость грунта, ккал/кг град,Известно соотношение для теплоемкости мерзлого грунта принимает следующий вид С=С +(СО-С,)%) +СлЖо. На Фиг, 3 изображена динамика изменения температуры Т и количества тепла 0 при оттаивании мерзлого грунта. Температура Т при этом процессеформу зобретени количества не ых грунтах,предварительно ф грунта и немпературы обо т л и ц а с целью сокраповышения точвого, состава разца грунта 5 9681монотонно увеличивается.Это позволя-.ет с учетом уравнения теплового баланса и последнего соотношения записать уравнение для Функции М (Т)аанъ, аО11, Дт НЪ дтРешение этого уравнения с условием И /г:Ос, =Ч имеет видф,(т) =Е ЗЧо+.1.(.Ь-д)Е с 3 т 3 1 О-от Т йО атДля того, цтобы использовать этуформулу пои Т=сопзй (в этом случаенеопределено Щ/4 Т)в правой части произведем интегрирование по ча)стям, Окончательно расчетная Формула принимает слецующий вид,(Т)=Е-а ,1 з ат-(ОЬО ф 3) еСодержание льда и незамерзшейводы, т.е. Фазовый состав влаги,в мерзлых грунтах предопределяетих теплофизическиеи Физико-механические свойства, Это, в свою, очередь оЬуславливает особенности строительства и эксплуатации инженерныхсооружений на мерзлых грунтах. Способ можно применять для быстрогозамера количества незамерзшей воды30И(Т)что позволит осуществить оперативное определение этой характери;стики для большого количества оЬразцов,СпосоЬ определениязамерзшей воды в мерзлвключающий нагреваниезамороженного образцапрерывное измерение теразца при оттаивании,ю щ и й с я тем, цто,щения замера времени иности определения Фазоводи, замороживание оЬ 63 Ьпроизводят до температуры, при которой стабилизируется количество незамерзшей води, выдерживают при этой температуре 3-ч ч, а при оттаивании образца мерзлого грунта непрерывно регистрируют количество тепла, затраченного на его нагревание, и Фазовой переход влаги до температуры образоца 0 С, затем измеряют суммарную влажность оЬразца и на основе полученных данных определяют непрерывную зависимость количества тепла от температуры, а количество незамерзшей воды определяют по Формуле иО):е"а)еае 1(аЬаа)еад 1 количество незамерзшей воды, д,е,;температура,суммарная влажность образца, д,е.;количество тепла,затраДжудельная теплоемкостьводы, Дж/кг град;удельная теплоемкостьсухого грунта, Лж/кг.удельная теплоемкостьльда Дж/кг град,скрытая теплота плавлния льда, Дж/кг;объем образца, мобъемная масса скелетгрунта, кг/м. Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР197223, кл. г 01 й 25/02, 1966.2, Ершов Э.Д, и др, Фазовый сос- .тав влаги в мерзлых породах, М,Изд-во ИГУ, 1979, с, 189.