SU1718044A1

SU1718044A1 - Устройство дл определени основной гидрофизической характеристики пористых материалов

Info

Publication number: SU1718044A1
Application number: SU884425677A
Authority: SU
Inventors: Валентин Владимирович Бадов; Александр Аркадьевич Киселев
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии
Priority date: 1988-05-19
Filing date: 1988-05-19
Publication date: 1992-03-07

Abstract

Изобретение относитс к технической физике, в частности к устройствам дл определени последовательного р да пар соответствий между значени ми потенциала влажности и рановесиого влагосодержани , образующими зависимость, называемую основной гидрофизической характеристикой исследуемого пористого материала, и может быть использовано в гидрогеологии, инженерной геологии, .гидрологии и мелиоративном почвоведении при количественном изучении влэгопереноса в ненасыщенных горных породах и почвах. Известное устройство снабженр жесткой термостатированной газонаполненной емкостью , внутренний объем которой изолиро- ван от атмосферы и подсоединен к капилл ру, выведенному из рабочей камеры , а также дополнительным датчиком давлени , встроенным в емкость. 2 ил. Ё

Description

Изобретение относитс к технической физике, в частности к устройствам, используемым дл определени последовательного р да пар соответствий между значени ми потенциала влажности и равновесного вла- госодержани , образующими зависимость, называемую основной гидрофизической характеристикой (ОГХ) исследуемого пористого материала, и может быть использовано в гидрогеологии, инженерной геологии, гидрологии и мелиоративном почвоведении при количественном изучений влагоперено- са в ненасыщенных горных породах и почвах .

Известно устройство дл определени ОГХ на принципе повышени потенциала влаги в образце исследуемого пористого материала до уровн потенциала свободной

воды, поко щейс при атмосферном давлении , условно принимаемом равным .нулю (в практике исследований влагопереноса в ненасыщенных пористых материалах потенциал влаги и его составл ющие прин то выражать через эквивалентное давление всасывани , отсчитываемого от некоторого нормального атмосферного давлени , условно принимаемого равным нулю). Устройство , называемое пластинным или мембранным прессом, содержит камеры высокого и атмосферного давлени , разделенные тонкопористой пластиной или мембраной , причем камера высокого давлени , в которую устанавливают исследуемый образец , снабжена герметически закрывающейс крышкой, ее внутренний объем с помощью трубки соединен с системой зада00

е

Jb

ни и поддержани избыточного давлени газа, включающей датчик давлени , балластную емкость и насос, отключаемый с помощью вентил , а камера атмосферного давлени заполнена водой и свободно сообщаетс с атмосферой.

Дл автоматического поддержани заданного давлени в мембранном прессе (а точнее - в камере высокого давлени с установленным в ней образцом) в систему задани и поддержани избыточного давлени газа рекомендуют встраивать дополнительно автоматический регул тор давлени ,

Определени провод т следующим образом . В рабочей камере создают и поддерживают избыточное давление газа, вызывающее перетекание воды через тонкопористую мембрану в направлении меньшего значени потенциала. Установившеес вла- госодержание образца, пересчитанное на его единичный объем, став т в соответствие заданному в рабочей камере (камере высокого давлени ) избыточному давлению и принимают в качестве точки, принадлежащей искомой зависимости (ОГХ).

Затем давление газа в рабочей камере измен ют и определ ют новое равновесное влагосодержание образца. Повторением подобной процедуры при однонаправленных изменени х давлени газа в рабочей камере определ ют ОГХ от нул (образец насыщен водой) до некоторого, отрицательного значени потенциала, ограниченного давлением барботировани используемой тонкопористой пластины или мембраны,

Данное устройство обладает существенным недостатком, заключающимс в неопределенности величины потенциала влаги в исследуемом образце, вызываемой нестабильностью атмосферного давлени при посто нном давлении газа в рабочей камере.

Известно также устройство дл определени ОГХ на принципе выравнивани потенциалов влаги двух пористых тел, приведенных в контакт между собой. Данное устройство, называемое капилл римет- ром, содержит .камеры атмосферного и пониженного давлени , разделенные водо- насыщенной тонкопористой пластиной или мембраной, причем камера атмосферного давлени с образцом снабжена герметически закрывающейс крышкой и капилл ром, соедин ющим ее внутренний объем с атмосферой , а камера пониженного давлени с помощью трубки соединена с вакуумной системой, включающей измерительную емкость , датчик давлени , балластную емкость , вентиль и насос.

Определени провод т следующим образом . Водонасыщенный образец устанавливают в рабочую камеру (камеру атмосферного давлени ) и привод т в контакт с водонасыщенной тонкопористой мембраной. Дл определени искомой точки ОГХ над уровнем воды, заполн ющей камеру пониженного давлени , создают разрежение газа, чем понижают потенциал

0 воды, насыщающей тонкопористую мембрану . Это вызывает перетекание части воды иг образца через тонкопористую мембрану, которое прекращаетс с установлением равенства потенциалов, а объем воды, вытек5 шей из образца, регистрируют по изменению объема воды в измерительной емкости.

Данное устройство обладает тем же недостатком , заключающимс в неопределен0 ности величины потенциала влаги в образце, что обусловлено нестабильностью давлени газа в рабочей камере вследствие нестабильности атмосферного давлени при посто нном давлении газа в вакуумной

5 системе устройства.

Указанный недостаток не устран етс и в известных устройствах..Двойного действи , называемых комбинированным капил- л риметром - мембранным прессом,

0 поскольку их используют либо Срежиме работы капилл риметра, либо- в режиме мембранного пресса.

Цель изобретени - повышение точности за счет исключени погрешностей, обус5 ловленных нестабильностью атмосферного давлени .

Поставленна цель достигаетс тем, что устройство снабжено жесткой термостатированной газонаполненной емкостью, внут 0 ренний объем которой изолирован от атмосферы и подсоединен к капилл ру, а также дополнительным датчиком давлени , встроенным в емкость.

На фиг.1 изображено устройство, об5 щий вид; на фиг,2 - зависимость влагосо- держани образца от давлени .

Образец исследуемого пористого материала 1 установлен в рабочую камеру 2 и приведен в контакт с тонкопористой мемб0 раной 3. Подмембранна камера 4 с помощью трубки 5 соединена с измерительной емкостью 6 и вакуумной системой, содержащей датчик 7 давлени , балластную емкость 8, вентиль 9 и насос 10. Рабоча камера

5 герметически закрываетс крышкой 11, а из внутреннего объема рабочей камеры выведен капилл р 12 и подсоединен к дополнительной жесткой термостатированной газонаполненной емкости 13. Внутренний объем емкости 13 изолирован от атмосферы

и в него встроен дополнительный датчик 14 давлени (например, барометр).

Дл удобства работы оператора, как показано на фиг.1, к емкости 13 может быть подсоединено холостое плечо датчика 7 давлени , что устран ет кажущиес вариации давлени в вакуумной системе устройства , обусловленные воздействием нестабильного атмосферного давлени на показани датчика давлени дифференциального типа. С той же целью дополнительна емкость с помощью трубки и вентил может быть подсоединена к насосу 10.

Устройство работает следующим образом .

Подмембранную камеру заполн ют водой , а в рабочую камеру устанавливают образец исследуемого пористого материала и привод т его в контакт с тонкопористой мембраной.

Дл получени первой точки, принадлежащей искомой зависимости, задают начальную ступень разрежени газа в вакуумной системе капилл риметра, поддерживаемую до полного завершени перетекани воды через тон копористую мембрану, о чем суд т по данным наблюдений за изменени ми объема воды в измерительной емкости. Величину потенциала воды, насыщающей тонкопористую мембрану , к которой, релаксирует величина потенциала влаги образца исследуемого пористого материала, вычисл ют по формуле

V P+/ogz-P0,

где ty- потенциал влаги образца; Р - абсолютное давление газа над уровнем воды в вакуумной системе капилл риметра; Ро - абсолютное давление газа в рабочей камере; р g z - гидростатическое давление в подмембранной камере.

Величина потенциала влажности образца принимаетс равной величине потенциала воды, насыщающей тонкопористую мембрану. При этом величина потенциала влажности определ етс с погрешностью, равной гравитационной составл ющей, .котора может быть вычислена как ifa р g h (здесь h - высота образца, в экспериментах не превышающа обычно 5 см).

Пример. Дл оценки погрешностей, возникающих при определении ОГХ за счет

нестабильности атмосферного давлени , выполнен эксперимент на образце природного пористого материала, представленного суглинком ненарушенного сложени 5 (место отбора Волгодонский участок, шурф 4/3, глубина 3,1 м); размеры образца; высота 30 мм, диаметр 80 мм.

Эксперимент проведен следующим образом . Величина потенциала воды, насыща0 ющей тонкопористую мембрану капилл риметра, регулировалась последовательным ступенчатым понижением давлени газа в вакуумной системе устройства по отношению к опорному давлению, прин то5 му равным 100 кПа. На каждой ступени разрежени газа в вакуумной системе устройства определено по четыре равновесных значени влагосодержани образца (фиг.2), соответствовавших величинам дав0 лени газа в рабочей камере: 100 кПа (крива 15); 97,3 кПа (крива 16); 102,7 кПа (крива 17) и атмосферному (крива 18).

Таким образом, при вариаци х атмосферного давлени 97,3-102.7 кПа (т.е. от 730

5 до 770 мм ртутного столба) неопределенность искомой зависимости (ОГХ) в интервале значений потенциала влажности от 0 до - 20 кПа составл ет 30% суммарной водоотдачи образца на том же интервале изме0 нений потенциала влажности.

Claims

Формула изобретени Устройство дл определени основной гидрофизической характеристики пористых

5 материалов, содержащее рабочую камеру с

герметически закрывающейс крышкой и

встроенным капилл ром, смонтированную

на тонкопористой мембране, и подмембранную камеру, подсоединенную с по0 мощью трубки к вакуумной системе с насосом, датчиком давлени , балластной и измерительной емкост ми, отличаю ще- е с тем, что, с целью повышени точности определени за счет исключени погрешно5 стей, обусловленных нестабильностью атмосферного давлени , оно снабжено жесткой термостатированной газонаполненной емкостью, внутренний объем которой изолирован от атмосферы и

0 подсоединен к капилл ру, а также дополнительным датчиком давлени , встроенным в емкость.

Риг. 1

-во-40-SO

0,253300,.5

В агосодерхание, г/сн

Фиг. 2

Составитель В.Баранов Редактор С.Патрушева Техред М.МоргенталКорректор М.Пожо

Заказ 873ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска нзб.. 4/5

77

IB