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