Способ определения основной гидрофизической характеристики пористых материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ио 1 б 51)5 О 01 Й 15/О РЕТЕН ЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ С(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНОЙГИДРОФИЗИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к техническойфизике, в частности к способам определе.ния последовательного ряда пар соответствий между значениями потенциалавлажности и равновесного влагосодержания, образующими зависимость, называемую основной гидрофизичес койхарактеристикой (ОГХ) исследуемого пористого материала, и может быть использовано в гидрогеологии, инженерной геологии,гидрологии и мелиоративном почвоведении при количественном изучении фильтраИзобретение относится к технической Физике, в частности к способам определения поеледовательного ряда пар соответствий между значениями потенциала влажности и равновесного влагосодержания, образующими зависимость; называемую основной гидрофизической характеристикой (ОГХ) исследуемого пористого материала, и может быть использовано в гидрогеологии, инженерной геологии,ции подземных вод, Цель изобретения - обеспечение возможности определения основной гидрофизической характеристики на образцах пористых материалов при давлениях воды выше атмосферного, С этой целью образец устанавливают в жесткую водонепроницаемую рабочую камеру, герметически закрывающуюся крышкой, имеющей форму усеченного конуса, в вершину которого в, фонтираван полый мерный цилиндр, сообщаощийся прн помощи трубок с системой задания избыточного давления, После уста,овки образцз и герметизации раоочей камеры последняя заполняетс дозиоованным объемом воды до уровня выше верхнего торца образца. При этом часть воды ггоглощается образцом и определяется по разности между известным обьемом воды и свободной частью внутреннего объема рабочей камеры, В последующем потенциал влажности регулируется заданием различных значений избыточного давления газа над уровнем воды, а изменения влагосодержания образца определяются по изменениям обьема воды, заполняющей свободный объем рабочей камеры,2 ил,гидрологии и мелиоративном почвоведении при количественном изучении фильтрации подземных вод,Известен способ определения ОГХ, основанный на принципе выравнивания потенциалов влаги двух пористых тел, приведенных в контакт между собой. Данный способ реализуют с помощью капилляриметра, водонасыщенная тонкопористая мембрана которого играет роль вспомога 1893469тельного пористо, ое,а с регул руем 1,в поген циалоч влаги,Определения проводят следующим образом, Эс,1 азец устаназгИвают в рабочуюкамеру и приводят в конгакг с водонасыценной тонкспористой мембраной,смачиваемой водой, заполняющей подмембранную камеру, соединенной с вакуумнойсистемой, В рабочеи камере снабженнойгеометрически закрывающейся крышкой,сохраняют атмосферное давление, дгя чзгоВ корпус или крышку рабо 6 Й камеры ВмонтирОВан капилляр, а Б ВакуумноЙ системесоздаот разрежение, определяющее велиину потенциала воды, насыщающей тонкопористую мембрану. Заданное разрежениегоддерживают до окончания перетеканияводы через мембрану, о чем судят по изменени 1 о уровня воды в измерительной емкос ги, а затем задают новуО ступеньразрежения. Установивцееся Влагосодериание ооразца, пересчитанное на его единичный объем, ставят в соответствиезаданному на мембране значению потенциала и принимают в качесгве.точкл,при."-адлежащей искоглой ОГХ,Оь,ор;Ние, по Оон,и ,.Оцедуры приодно ни оа в 1 Вн н ых 1 эм 61 рниях раэрежд1-.ия газа в вакуумной системе капилляриметра определя;Ог О. Х в Интерваг 18ЭНаЧЕНИЙ ПОТЕЬ Циаяа ВЛажсти от НУЛЯкогда образец насыьцен водой и находитсяпри атмосферномс 1 авлении( дО минус., КГа (1, Пра/Т,й,ю СС,1 с 5 ОВ чйй ДВиж 1,НИЕгОпэемнь 1 х воц по-ге;-Оиал вопы и егоставляющие принято вь 1 ража гь через зквиВаЛЕНТНОЕ ДаВЛЕНИЕ, ОтСЧИТЫВВЕМОЕ ОтфеР 1 О ГО)ДанНый способ епригОДен Для Определ.,ния ,. ГХ при эначенлг 1 х пОтенциала 31 дж"1 хмИ .гл18,Лизвестен также способ определенияОГХ, Основаннь,й на поинциг:6 приведенияпотенциала Влаги в образце исследуемогоПгР 1 СТОГО МВТЕРИВЛ ДО УРОВНЯ 1 ТЕН 13 иаласвобо 111 ои Воды пркэягцкф., я при а 1 м 01ферном давлении, 1 с 10 вноринимаемомравным нул 10, Способ эеа 1 кэуют с гОмощью мембранного или пгастНч:.Тогопресса.С 1 прВделен 1 ля рдв 0 дя; слегЖОЩим осразом, Образец угта;-авливаюг в рабочуюкамеру и приводят а контакт с, водонасы.Щеннои мембранОи, сма"иваеиои ВОДОи, зсГОлняющей под:ел 01 аннуо каме: у,свободно вращающукк с атмосферой, Врабочей кам 8 ре сОздают и и Оддержи Ваютизбыгочное Давление гааз, вь,эывэюц 66 пе"ОВТ 8 кани 8 Воды через тэнкО 01)истую мембра 1 у В напра вле 1 Ии мень 016 го эна 1 енияг Г С на сетчатый поддон 2 рабочей камеры 3, Выполнен юй в виде жесткого водонепроницаемого стакана, герметически закрывающегося жесткой водонепроницаемой крышкой 4, имеющей форму конуса, в вершину которогз Вмонтирован мерный ци.Пе 1 др 5, соединенный через верхний торец при помощи трубок 6 с системой регулироВания потенциала влажности, включающейдатчик 7 давления, балластную емкость 8 инасос 9, отключаемый вентилем 10, Стакан с установленным в нем образцом, крыша имерньй сосуд образуют мерную емкость,потенциала, Установившееся Влагосодержание образца, пересчитанное на его единичный обьем, ставят в соответствие заданном в рабочей камере избыточному давлению газа и принимают в качестве точки, принадлежащей искомой ОГХ,Затем давление газа в рабочей камере изменяют и определяют новое равновесное влагосодержание образца.Овторением подобной процедурь При однонаправленных изменениях избыточного давления газав рабочей камере определяют ОГХ в интервале от нуля до некоторого отрицательного значения потенциала, ограниченного давлением барботирования испог 1 ьзуемой мембраны,Данный способ также непригоден дляопределения ОГХ при значениях потенциала влажности больше нуля.Целью изобретения является созданиеспособа определения ОГХ для значений потенциалов влажности в области давлений,превышающих атмосферноеПоставленная цепь достигается тем, чтопри способе определения ОГХ, заключаюцемся в заданли последовательного ряда значений гОтенциала и определении соответствующих им значений равновесного влагосад:ркания в образце исследуемогоЗО гОристогоатериала, образец устанавливают в рабочую ка 1 леру, изготовленную из жесткого водонепроницаемого материала,заполняют ее водой до уровня выше верхнего торца образца и герметизируют, а после создания избыточного давления газа измервот изменечия объема воды в рабочей каМВРВ,На фиг. 1 изображено устройство, общий вид, с помощью которого реализуется предлагаемый способ определения ОГХ; на фиг, 2 - результаты определения ОГХ наконкретном образце природного пористого материага.Способ осуществляют следующим образом,СследуеИый образец с известным начальным Влагосодержанием устанавливают10 15 20 25 30 35 40 50 55 заполняемую водой до уровня выше верхнего торца образца, для чего внутренний обьем рабочей камеры соединен при помощи трубок и вентиля 11 с питающей емкостью 12, имеющей фиксированный объем воды, При изучении неводопрочных пористых материалов образец заключают в предохранительное кольцо 13,Для получения первой точки, принадлежащей искомой ОГХ, мерная емкость с установленным в ней образцом заполняется водой, подаваемой с малым расходом, обеспечивающим возможность свободного вытеснения ею внутрипорового газа из образца. Величину потенциала воды, насыщающей образец, вычисляют по формулеф= рдЕ+(Р- Р.),где р дЕ - гидростатическое давление над центром образца;Р - абсолютное давление газа над поверхностью воды измерительной емкости;Ро - атмосферное давление;при определении первой точки 2 = Ъ, а Р - . =Ро.Равновесное влагосодержание образца, соответствующее первому значению потенциала, определяют по формулеЧ+Ю - Яогде Й и 01 - соответственно начальное и искомое значения влагосодержания, выраженные в долях единичного объема образца;Ч - объем воды, поданный иэ питающей емкости в мерную емкость;В(о - объем мерной емкости, заполненный водой с погруженным под ее уровень образцом.Изменения влагосодержания образца при переходе на вторую и последующие ступени давления (1) рассчитываются по изменениям объема водь 1 в измерительной емкости по формулей =01+ -Ьа,11=2где Ьфl - уменьшение обьема воды в измерительной емкости на 1-й ступени давления газа в системе задания потенциала.П р и м е р, Определение ОГХ в области давлений воды, превышающих атмосферное, выполняют с помощью устройства, принципиальная схема которого приведена на фиг. 1. Внутренний объем рабочей камеры с герметически закрытой крышкой и мерным цилиндром с ценой деления 0,1 мл составляет 640 см, Исследован образецзприродзного пористого материала объемом 150 см (диаметр 80 мм, высота 30 мм), представленный суглинком ненарушенного сложения с общей пористостью 47;4. и начальным влагосодержанием 0,16 г/см", Образец заключен в предохранительное кольцо с внешним диаметром 84 мм и высотой 30 мм, Суммарный объем образца, предохранительного кольца и сетчатого поддона 190 см .В рабочую камеру с установленным в ней образцом из питающей мерной емкости с малым расходом перелито 450 мм воды,т,е, в объеме, равном свободному внутреннему обьему рабочей камеры, крышки и мерного цилиндра, При этом исследуемым образцом породы поглощено 40,1 мм воды, в результате чего его влагосодержание увеличилось до 42,6 О единичного объема (0,426 г/см ), а уровень воды установился на высоте 29,3 см над центром образца. Полученное значение влагосодержания поставлено в соответствие установившемуся гидростатическому давлению и эта пара соответствующих друг другу значений принята в качестве первой точки, принадлежащей искомой ОГХ,Вторая и последующие точки искомой ОГХ определены путем однонаправленных изменений давления газа над уровнем воды в рабочей камере, Результаты определений приведены на фиг. 2. причем кривая 1 представляет ОГХ по ветви увеличения значений потенциалов влажности, а кривая 2 - в обратном направлении. При этом повышение потенциала влажности над центром образ-, ца до 65 кПа привела к уменьшению обьема воды и снижению ее уровня в мерном цилиндре на 3,7 мл и 3,7 см соответственно.Таким образом, изобретение позволяет определить основную гидрофизическую характеристику пористых материалов в области давлений воды выше атмосферного. Формула изобретения Способ определения основной гидро- физической характеристики пористых материалов, заключающийся в задании последовательного ряда значений избыточного давления газа в рабочей камере с установленным в ней образцом известного объема, измерении изменения объема жидкости в образце и определении соответствующих значений равновесного влагосодержания, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью обеспечения возможности определения основной гидрофизической характеристики в области значений потенциала влажности, больших нуля, определяют начальное влагосодержание образца, рабочую камеру заполняют фиксированным обьемом жидкости до уровня выше верхнего торца образца, измеряютпревышение установившегося уровня воды над центром образца и объем мерной емкости, заполненный водой с погруженным под ее уровень образцом, а значения потенциала влажности и равновесного влагосодержания образца для этой и последующих ступеней избыточного давления рассчитывают по формулам ф- Р 9 Е+(Р - Ро),и8=8+ - Х ью,МЧгде ф - значение потенциала влажности,соответствующее избыточному давлениюгаза (Р - Ро) и превышению уровня воды с в мерной емкости над центром образца на п-йступени;Р - давление газа над уровнем воды вмерной емкости на и-й ступени;5 Ро - атмосферное давление;0 - равновесное влагосодержание образца, соответствубщее и-й ступени,.д Ч+% 1 МО +1 О где Х - фиксированный объем воды, заливаемый в рабочую камеру;Юо - объем мерной емкости, заполнен- сный водой с погруженным под ее уровеньобразцом;15 е - начальное влагосодержание воды вмерной емкости при переходе с(1-1)-й на 1-юступень избыточного давления, 1,2 п,, Лончакова роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина аказ 4072 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5