SU1127945A1 - Method for determining quantity of non-frozen water in frozen soils - Google Patents

Method for determining quantity of non-frozen water in frozen soils Download PDF

Info

Publication number
SU1127945A1
SU1127945A1 SU833607035A SU3607035A SU1127945A1 SU 1127945 A1 SU1127945 A1 SU 1127945A1 SU 833607035 A SU833607035 A SU 833607035A SU 3607035 A SU3607035 A SU 3607035A SU 1127945 A1 SU1127945 A1 SU 1127945A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
frozen
heat
amount
sample
heating
Prior art date
Application number
SU833607035A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Саакович Даниэлян
Евгений Алексеевич Кудрявцев
Петр Алексеевич Яницкий
Original Assignee
Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной и газовой промышленности им.В.И.Муравленко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной и газовой промышленности им.В.И.Муравленко filed Critical Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной и газовой промышленности им.В.И.Муравленко
Priority to SU833607035A priority Critical patent/SU1127945A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1127945A1 publication Critical patent/SU1127945A1/en

Links

Abstract

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА НЕ ЗАМЕРЗШЕЙ ВОДЫ В МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ , включанмций нагревание предварительно замороженного образца грунта, непрерывное измерение температуры, регистрацию количества тепла, затрдченного на нагревание образца и фазовый переход влаги до температуры , и определение количества незамерзшей воды по формуле, отличающийс   тем, что, с целью повышени  точности определени  одновременно с замороженным , образцом грунта в одну изотермическую оболочку с ним помещают сухой образец того же грунта с тем же объемнь1м весом скелета, нагревают и фиксируют количество тепла, затрачанное на его нагревание, при этом температуры замороженного и сухого образцов поддерживают одинаковыми.METHOD FOR DETERMINING THE QUANTITY OF NOT FROZEN WATER IN FROZEN GROUNDS, including the heating of a pre-frozen soil sample, continuous temperature measurement, recording the amount of heat impacted by heating the sample and the phase transition of moisture to temperature, and determining the amount of unfrozen water using a formula that differs from in order to improve the accuracy of determination, simultaneously with the frozen soil sample, a dry sample of the same soil with the same volume is placed in the same isothermal shell with it the weight of the skeleton, heat and record the amount of heat spent on its heating, while the temperatures of the frozen and dry samples are maintained the same.

Description

Изобретение относитс  к строитель ству и может быть использовано при инженерных изыскани х и проектировании зданий и сооружений. Известен способ определени  количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, включающий нагревание предварительно замороженного образца грунта и непрерывное измерение температуры образца при оттаивании lj . Недостатком этого способа  вл етс то, что его однократное применение позвол ет определить количество незамерзшей воды (WHj(T)) в мерзлых грунтах только при одной определенной температуре. Однако величина W,,,(T) существенно зависит от температуры , уменьша сь при ее понижении вплоть до температуры TQ, ниже которой W)(j н:е измен етс . Поэтому при определении количества незамерзшей воды Wjjj (т) в диапазоне отрицательных температур этим калориметрически способом оттаивание грунта приходитс  проводить не менее п ти раз с со- ответствук цей подготовкой идентичных образцов. Это влечет за собой большу длительность замера количества незамерзшей воды,.ц(Т) , а также невысо кую точность определени  фазового состава воды, св занную с естественным разбросом свойств разньк образцов . Наиболее близким по технической сущности к изобретению Явл етс  способ определени  количества незамерз- шей воды в мерзльпс грунтах, включающий нагревание предварительно заморо женного образца грунта, непрерывное измерение температуры, регистрацию количества тепла, затраченного на нагревание образца и фазовый переход влаги до температуры О С, и определение количества незамерзшей воды по формуле 2 . Недостатком известного способа  вл етс  то, что не учитьюаютс  тепловые потери через боковую поверхность  чейки, кроме того, количество тепла, идущее на нагревание скелета груйта учитываетс  неточно, влечет за собой снижение точности опреДелени  фазового состава воды. Цель изобретени  - повышение точкости определени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно- способу определени  количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, вклтачакнцему нагревание предварительно замороженного образца грунта, непрерывное измерение температуры, регистрацию количестна тепла, затраченного на нагревание образца и фазовый переход влаги до температуры О С, и определение количества незамерзшей воды по формуле, одновременно с замороженным образцом грунта в одну изотермическую оболочку с ним помещают сухой образец того же грунта с тем же объг 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 дл  осуществлени  способа и схема реализации способа} на фиг.3 - графические данные определени  незамерзшей воды теплометрическим (известным) и предлагаемым способами. Установка включает криостат 1 с камерой 2, заполненной антифризной жидкостью, в которой размеще.ны две идентичные измерительные  чейки -3 дл  образцов сухого 4 и влажного 5 грунта и электромешалка 6, потенциометр 7, усилители 8 посто нного тока, датчики дл  измерени  температуры (термопары) 9 и теплового потока (тепломеры ) 10 и сосуд 11 Дьюара. Способ осуществл ют следукнцим образом . . Образцы сухого 4 И влажного 5 грунта помещают в две идентичные  чейки 3, снабжают датчиками дл  измерени  тег пературы 9 и теплового потока 10, опускают в камеру 2 криостата 1 и охлаждают до температуры Тд, ниже которой фазовьй переход практически не происходит (дл  большинства грунтов TQ не ниже -10 С). Образцы выдерживают при этой температуре 23 ч (за это врем  заканчиваютс  релаксационные процессы, возникающие при промерзании). Далее отключают холодильный агрегат .криостата 1, образцы медленно нагревают при интенсивном перемешивании антифризного раствора в криостате 1 электромешалкой 6 и одновременно производ т 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- ного на нагревание системы грунт-вода-лед и фазовый переход влаги во; влажном образце 5 до температуры О С, а также количества тепла, затраченного на нагревание сухого образца 4. Когда температуры образцов достигают ОС, образцы вынимают из криостата. Стандартным весовым способом определ ют влажность WQ во влажном образце . На основе данных изменени  температуры образцови количества тепла, затраченного на их нагревание, получают непрерывную зависимость W(Т) и результаты измерений обрабатывают по формуле ) e Wo buQe -.(abbQU), о- где 01 Х. &QQ,-Q2. ) - количество незамерзшей воды, д.е.. Т - температура. С} N(j - суммарна  влажность, QI - количество тепла, затра ченное на нагревание системы грунт-вода-лед и фазовый переход влаги 42 - количество тепла, затра ченное на нагревание су хого образца, Дж; The invention relates to the construction and can be used in engineering research and design of buildings and structures. There is a known method for determining the amount of unfrozen water in frozen soils, including heating a previously frozen soil sample and continuously measuring the temperature of the sample during thawing lj. The disadvantage of this method is that its single application allows to determine the amount of unfrozen water (WHj (T)) in frozen soils only at one specific temperature. However, the value of W ,,, (T) significantly depends on the temperature, decreasing as it decreases down to the temperature TQ, below which W) (j n: e changes. Therefore, when determining the amount of unfrozen water, Wjjj (t) in the negative temperature range this calorimetrically method of soil thawing should be carried out at least five times with the corresponding preparation of identical samples, which entails a longer duration of measurement of the amount of unfrozen water,. c (T), as well as a low accuracy of determining the phase composition of water related with eats The actual scatter of the properties of the samples: The closest to the technical essence of the invention is a method for determining the amount of unfrozen water in frozen soils, including heating a pre-frozen soil sample, continuous temperature measurement, recording the amount of heat spent on heating the sample and the phase transition of moisture up to the temperature About With, and determining the amount of unfrozen water by the formula 2. The disadvantage of this method is that the heat losses through the side surface of the cell are not taken into account. Moreover, the amount of heat used to heat the skeleton of the sheet is not accurately taken into account, leading to a decrease in the accuracy of determining the phase composition of the water. The purpose of the invention is to increase the accuracy of determination. The goal is achieved according to the method of determining the amount of unfrozen water in frozen soils, including heating a pre-frozen soil sample, continuous temperature measurement, recording the amount of heat consumed by heating the sample and the phase transition of moisture to the temperature О С, and determining the amount of unfrozen water According to the formula, simultaneously with the frozen soil sample, a dry sample of the same soil with the same bulk weight is placed in one isothermal shell with it. This heat and fix the amount of heat spent on its heating, while maintaining the temperature of the frozen and dry sample is the same. In fig-. 1 and 2, respectively, a setup diagram for implementing the method and a flow diagram for implementing the method} are shown in Fig. 3 — graphical data for determining unfrozen water by heat-measuring (known) and proposed methods. The installation includes a cryostat 1 with a chamber 2 filled with antifreeze liquid in which two identical measuring cells-3 are placed for samples of dry 4 and wet 5 soil and an electric mixer 6, potentiometer 7, DC amplifiers 8, sensors for measuring temperature (thermocouples ) 9 and heat flow (heat meters) 10 and Dewar vessel 11. The method is carried out in the following manner. . Samples of dry 4 and wet 5 soil are placed in two identical cells 3, equipped with sensors for measuring tag perurature 9 and heat flux 10, dipped into chamber 2 of cryostat 1 and cooled to temperature Td below which the phase transition practically does not occur (for most soils TQ not below -10 C). Samples are kept at this temperature for 23 hours (during this time relaxation processes occurring during freezing are completed). Next, the cooling unit of the cryostat 1 is disconnected, the samples are slowly heated with vigorous stirring of the antifreeze solution in the cryostat 1 by the electric stirrer 6, and at the same time the readings of the sensors, temperature 9 and heat flux 10 are recorded by potentiometer 7. Thus, data on the temperature change T of samples are obtained and quantities ". heat expended on heating the ground-water-ice system and the phase transition of moisture into; wet sample 5 to the temperature О С, as well as the amount of heat spent on heating the dry sample 4. When the temperature of the samples reaches the operating system, the samples are removed from the cryostat. Moisture WQ in a wet sample is determined by standard weighting. Based on the sample temperature change data and the amount of heat spent on their heating, a continuous dependence W (T) is obtained and the measurement results are processed by the formula) e Wo buQe -. (AbbQU), where- 01 X. & QQ, -Q2. ) - the amount of unfrozen water, de .. T - temperature. C} N (j is the total humidity, QI is the amount of heat spent on heating the ground – water – ice system and the phase transition of moisture 42 is the amount of heat expended on heating the dry sample, J;

К измерительным приборам :1 5 Сд - удельна  теплоемкость воды, Дж/кг.град; С - удельна  теплоемкость льда, Дж/кг« град; Jt - скрыта  теплота плавлени  льда, Дж/кг; - объем образца, Р(. - объемна  масса скелета грунта кг/ь$2.. На фиг.З приведены сравнительные данные цо определению содержани  незамерзшей воды дл  глины с преобладающим содержанием каолина, получен-t ные с помощью теплометрического (кривые 12) и предлагаемого способов ; (кривые 13). В предлагаемом способе удаетс  избежать того разброса данных, который наблюдаетс  в теплометрическом способе (как и в калориметрическом). Это видно, в частности, из сравнени  12 и 13 групп кривых зависимости содержани  незамерзшей воды от температуры . . Применение предлагаемого способа позвол ет учитьшать неконтролируемые утечки тепла, а также теплопотер , возникающие при определении теплоемкости скелета,грунта за счет использовани  дл  измерений и расчетов разности тепловых потоков, идущих на нагрев влажного и сухого образцов, наход щихс  при одинаковой температуре, что в конечном итоге приводит к зна- . чительному увеличению точности опрё- делени  содержани  нез.амерзшей воды в мерзлых грунтах.To measuring instruments: 1 5 Cd - specific heat capacity of water, J / kg.grad; С - specific heat capacity of ice, J / kg “hail; Jt — latent heat of ice melting, J / kg; - sample volume, Р (. - volume of the skeleton mass of the soil kg / l $ 2. Fig. 3 shows the comparative data on the determination of unfrozen water content for clay with a predominant kaolin content, obtained using heat-measuring (curves 12) and the proposed (curves 13). In the proposed method, it is possible to avoid the data spread that is observed in the heat-measuring method (as well as in the calorimetric method). This can be seen, in particular, by comparing the 12 and 13 groups of curves of the dependence of the unfrozen water content on temperature. P The proposed method allows to take into account uncontrolled heat leakage, as well as heat loss, which occurs when determining the heat capacity of the skeleton, of the soil due to using for measurements and calculations the difference of heat fluxes for heating wet and dry samples that are at the same temperature, which ultimately leads to a significant increase in the accuracy of determining the content of unfrozen water in frozen soils.

0.10.1

ftft

/J /3/ J / 3

Claims (1)

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА НЕ ЗАМЕРЗШЕЙ ВОДЫ В МЕРЗЛЫХ ГРУН-METHOD FOR DETERMINING THE NUMBER OF NOT FROZEN WATER IN FROZEN SOIL - 1 9 1 9 Лн Ln 7 7 —Ч--- —H ---
ТАХ, включающий нагревание 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 незамерэшей воды по формуле, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности определения, одновременно с за-, мороженным, образцом грунта в одну изотермическую оболочку с ним помещают сухой образец того же грунта с тем же объемным весом скелета, нагревают и фиксируют' количество тепла, затра·»* ченное на его нагревание, при этом температуры замороженного и сухого образцов поддерживают одинаковыми.TAC, including heating a pre-frozen soil sample, continuous temperature measurement,; registration of the amount of heat spent on heating the sample and phase transition of moisture to a temperature of 0 ° C, and determination of the amount of unmeasured water according to the formula, characterized in that, in order to increase the accuracy of determination, simultaneously with the frozen, frozen soil sample in one isothermal a dry sample of the same soil with the same bulk density of the skeleton is placed with the shell, it is heated and the amount of heat expended on its heating is recorded and the temperatures of the frozen and dry samples are kept the same. 1 1279451 127945
SU833607035A 1983-04-07 1983-04-07 Method for determining quantity of non-frozen water in frozen soils SU1127945A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833607035A SU1127945A1 (en) 1983-04-07 1983-04-07 Method for determining quantity of non-frozen water in frozen soils

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833607035A SU1127945A1 (en) 1983-04-07 1983-04-07 Method for determining quantity of non-frozen water in frozen soils

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1127945A1 true SU1127945A1 (en) 1984-12-07

Family

ID=21069039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU833607035A SU1127945A1 (en) 1983-04-07 1983-04-07 Method for determining quantity of non-frozen water in frozen soils

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1127945A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2592915C1 (en) * 2015-06-20 2016-07-27 Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук Method for determining the amount of unfrozen water in frozen soils
CN108387619A (en) * 2018-02-07 2018-08-10 西安交通大学 A kind of frozen soil of controllable stress state does not freeze device for testing water content device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2592915C1 (en) * 2015-06-20 2016-07-27 Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук Method for determining the amount of unfrozen water in frozen soils
CN108387619A (en) * 2018-02-07 2018-08-10 西安交通大学 A kind of frozen soil of controllable stress state does not freeze device for testing water content device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Anderson et al. The unfrozen interfacial phase in frozen soil water systems
Rahman et al. Analysis of cooling curve to determine the end point of freezing
Mitchell et al. Measurement of soil thermal resistivity
Lerici et al. Water activity and freezing point depression of aqueous solutions and liquid foods
Halliwell et al. Soil heat flux in permafrost: characteristics and accuracy of measurement
Tice et al. Unfrozen water contents of submarine permafrost determined by nuclear magnetic resonance
Jarrell et al. Soil water and temperature status
Bull et al. Protein hydration: II. Specific heat of egg albumin
CN104792818A (en) Method for calculating specific heat at clay freezing stage by performing energy substitution on phase-change latent heat of water in soil
SU1127945A1 (en) Method for determining quantity of non-frozen water in frozen soils
Chen et al. Freezing of aqueous solution in a simple apparatus designed for measuring freezing point
Hamdami et al. Transport properties of a high porosity model food at above and sub-freezing temperatures. Part 1: Thermophysical properties and water activity
Tao et al. Prediction of soil water characteristic curve based on soil water evaporation
SU968163A1 (en) Method of determining the amount of unfrozen water in permafrost soil
Rieksts et al. Laboratory investigations of thermal properties of crushed rock materials
Inaba Experimental study on thermal properties of frozen soils
SU855462A1 (en) Method of determination of non-frozen water in salted frozen soils
Turunen Measuring salt and freezing temperature on roads
RU2339024C2 (en) Method of dispersive medium evaluation for phase water composition at negative temperatures
SU998929A1 (en) Method of determinating of unfrozen water in frozen soils
Unit Subsurface temperatures and moisture contents in six New Jersey soils, 1954-1955
Akitaya A calorimeter for measuring free water content of wet snow
US20230366868A1 (en) Method for Testing Frost Susceptibility of Soils and Associated Apparatus
SU532044A1 (en) Method for determining the amount of unfrozen water and ice in rocks
Kotlyakov et al. Evaluating the Thermal Resistance of Snow Cover by Ground Temperature