SU1755190A1

SU1755190A1 - Способ определени ветви увлажнени капилл рно-сорбционного потенциала почвогрунтов

Info

Publication number: SU1755190A1
Application number: SU904881817A
Authority: SU
Inventors: Елена Алексеевна Макарычева
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им.А.Н.Костякова
Priority date: 1990-11-12
Filing date: 1990-11-12
Publication date: 1992-08-15

Abstract

Использование дл определени водно-физических характеристик почвогрун- тов, а именно капилл рно-сорбционного потенциала используемого дл расчета скорости капилл рного потока воды Сущность изобретени - по способу дл повышени производительности за счет сокращени периода проведени опытов одновременно осуществл ют определение равновесной эпюры влажности (Qp) при увлажнении грунта Qp(H) и при его иссушении Qp(P), где Н - высота точки над зеркалом воды; Р - газовое давление При этом увлажнение грунта производ т в колонке высотой не менее половины высоты капилл рного подн ти , а иссушение грунта --методом капилл римет- ра. После построени эпюры влажности QP(H) в измеренном диапазоне влажности определ ют значение отношени Ј Н/Р, стро т зависимость с (Qp) и экстраполируют ее до границы расчетного диапазона влажности . Рассчитывают р д значений Н и достраивают верхнюю часть равновесной эпюры влажности при увлажнении, получа в результате ветвь увлажнени капилл рно- сорбционного потенциала дл всего расчетного диапазона влажности. 4 ил.

Description

Изобретение относитс к способам определени водно-физических характеристик , в частности капилл рно-сорбционного потенциала, используемого в модел х вла- гопереноса дл расчета скорости капилл рного потока воды.

Известен способ определени капилл рно-сорбционного потенциала, заключающийс в послойном определении влажности грунтов капилл рного увлажнени над зеркалом грунтовых вод в шурфе. По этому способу снимают ветвь увлажнени , п о кото рой о п редел ют да н ну ю водно-физическую характеристику

Однако этот способ требует неизменного положени уровн грунтовых вод в течение длительного периода времени, что редко наблюдаетс в услови х их близкого залегани

Известен также способ определени капилл рно-сорбционного потенциала, по которому снимают ветвь иссушени Qp(P), где Р - газовое давление, Qp - влажность грунта.

Однако, несмотр на удобство и надежность этого способа, использование ветви иссушени дл описани процесса капилл рного увлажнени вместо ветви увлажнени приводит к существенным ошибкам в определении влажности и засоленности почв и грунтов, особенно в диапазоне малых значений влажности, где роль капилл рного гистерезиса возрастает.

VI

сл ел

о

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому вл етс способ определени капилл рно-сорбционного потенциала, по которому снимают ветвь увлажнени . Согласно известному способу осуществл ют увлажнение грунта в колонке до стабилизации скорости впитывани воды с последующим послоййым отбором проб грунта на влажность и построение по полученным данным равновесной эпюры Qp(H), где Н - высота точки зеркалом воды.

Недостатками известного способа вл ютс его трудоемкость, св занна с необходимостью доставл ть в лабораторию большое количество грунта, и длительность опытов.

Цель изобретени - повышение производительности за счет сокращени времени проведени опытов.

Цель достигаетс тем, что согласно способу , включающему увлажнение грунтов в колонке до стабилизации скорости впитывани воды с последующим послойным отбором проб грунта на влажность (Qp) и построение по полученным данным равновесной эпюры Qp(H), одновременно с увлаж- нением грунта в колонке производ т определение равновесной эпюры влажности при иссушении Qp(P) методом капилл - риметра, при этом увлажнение грунта осуществл ют в колонке высотой не менее половины высоты капилл рного подн ти и по полученным данным стро т равновесную эпюру в измерением диапазоне влажности, а дл построени равновесной эпюры во всем расчетном диапазоне влажности определ ют значени отношени е Н/Р, затем стро т график зависимости отношени Н/Р от влажности, экстраполируют ее до границы расчетного диапазона влажности и с уче- том этой зависимости достраивают верхнюю часть равновесной эпюры влажности при увлажнении.

На фиг. 1 представлены эпюры равновесной влажности (1А - ветвь увлажнени ; 1Б - ветвь иссушени ); на фиг 2 - зависимость Ј(Qp) дл диапазона Окол Qp Qn (сплошна лини ) и ее экстрапол ци (пунктирна лини ); на фиг. 3 - полностью построенные эпюры равновесной влажности (3 - предлагаемым способом; 3 - известным способом высоких колонок), на фиг. 4 - схема капилл риметра.

Способ осуществл ют следующим образом .

Ветвь увлажнени представл ет собой эпюру равновесной влажности Qp(H) в зоне капилл рного подн ти , где Н - высота точки над зеркалом воды в диапазоне 0 Н

SH ; Н предельна высота капилл рного подн ти Одновременно с определением равновесной эпюры влажности при увлажнении грунта осуществл ют сн тие

равновесной эпюры влажности при иссушении грунта Qp(P) методом капилл риметра, где Р - газовое давление. Опыты провод т на одних и тех же грунтах. Построение равновесной эпюры влажности Qp(H) при увлажнении осуществл ют в диапазонах 0 Н Нкол, 0-кол Qp Qn, где Нко - высота колонки; Н - высота точки над зеркалом воды; Qn - полна влагоемкость; Окол - влажность на верхнем торце колонки, а сн тие эпюры влажности при иссушении грунта Qp(P) провод т в диапазонах Q0 QP Qn и О Р О.батм, где Q0 - влажность на верхней границе зоны капилл рного увлажнени при высоте колонке, равной наибольшей высоте капилл рного подн ти (Нк). Увлажнение грунта дл сн ти равновесной эпюры влажности провод т в колонке высотой не менее половины наибольшей высоты капилл рного подн ти дл обеспечени

достаточной точности построени зависимости Ј(Qp) во всем расчетном диапазоне влажности.

Кроме того, выбор указанных диапазонов измерени определ етс тем, что при

влажности Qp, соответствующей Р - 0,6 атм, движение воды в виде жидкости под действием капилл рно-сорбционного потенциала прекращаетс .

Дл построени равновесной эпюры

влажности во всем расчетном диапазоне влажности(Qo Qp Qn) дл р да значений равновесной влажности (Qp) в измеренном диапазоне рассчитывают значени отношени Ј Н/Р и стро т зависимость f(QP). Как

показали исследовани , график этой зависимости имеет вид пр мой, что позвол ет ее экстраполировать и использовать дл определени значений Н в диапазоне НКол5 Н Нк.

Дл этого р д значений Qp в диапазоне Qo Qp Окол по графику зависимости Ј(Qp). определ ют значение е. а по эпюре Qp{P) - соответствующие значени Р и рассчитывают значени высоты точки над зеркалом воды (Н), равные произведению Р. После этого по значени м Qp и Н достраивают верхнюю часть равновесной эпюры влажности Qp(H) дл диапазона Q0 QPtЈ

0кол.

Пример. Определение ветви увлажнени капилл рно-сорбционного потенциала проведено дл легкого суглинка нарушенного сложени из частиц дизмег- ром менее 1 мм. Воздушно-сухой грунт набивали в колонки № 1 и 2 сечением 6x6 см и высотой 60 см (№ 1) и 100 см (N 2), э также в кольца диаметром 5 см и высотой 5 см (6 образцов дл капилл р,иметра) при объемной массе 1,30 г/см3.

Колонки № 1 и 2 были установлены в поддоны С водой, в которых в течение всего опыта поддерживали посто нный уровень воды. Опыт по увлажнению грунта продолжали до стабилизации скорости впитывани воды. Врем опыта на колонке № 1 составило 5 сут, № 2 - 30 сут. На колонке № 2 к концу опыта высота капилл рного подн ти (Н ) составила 90 см. Затем проводили послойный отбор проб грунта на влажность и по полученным данным строили равновесные эпюры влажности дл колонок № 1 и 2. Равновесна эпюра колонки № 1 (фиг. 1А) полностью совпадает с нижней частью эпюры влажности дл колонки № 2 (фиг. 3А) в диапазоне Окол Qp Qn.

Дл определени ветви иссушени использовали капилл риметр, представл ющий собой лабораторную установку из воронок 1, бюреток Роммельсберга 2, вакуумметра 3, вакуум-насоса 4, вакуум-сосуда 5, вакуумных трубок 6, тройников 7, зажимов 8 и опорной рамы 9. В качестве фильтров использовали микропористые капроновые мембраны.

Ветвь иссушени определ ли следующим образом.

Образцы грунта, отобранные в металлические кольца, насыщали на слое песка до посто нного веса, устанавливали их в воронки и насосом создавали разрежение (Р), которое поддерживали посто нным до полного стока воды из образцов. Значени Р составл ли: Pi 0,05 атм; Ра 0,15 там; Рд 0,30 атм; РА 0,40 атм; PS 0,60 атм. На первой ступени разрежени (при Pi) определ ли содержание крупных гравитационных пор, на второй (при Ра) - содержание всех гравитационных пор, на третьей (при Рз) - содержание активных капилл рных пор, при Р4 и PS - содержание мелких капил- л рных пор. После опыта образцы взвешивали высушивали до посто нного веса, определ ли влажность грунта после опыта термостатно-весовым (w0) и объемную массу (б).

По объему стока, значени м w0 и д рассчитывали содержание пор разного размера , значени равновесной влажности (Qp) и строили зависимость QP(P).

Характерные объемны.е значени влажности составили; Q0 28%, Окол 33%, Оп 43%, дл построени зависимости

прин ты следующие значени равновесной влажности- 0,43-0,41-0,39-0,38-0,36-0,33. Этим значени м соответствуют значени Е, равные 0,30-0,30-0,27-0,25-0,230 ,22. Зависимость Ј(QP), построенна по приведенным данным, показана на фиг. 2 сплошной линией а экстрапол ци пр мой - пунктиром.

Дл значений Qp 0,31++0,30-0,29-0,28

по пр мой получены значени Ј, равные 0,18-0,17-0,16-0,15, а по зависимости QP(P) - значени Р, равные 350-450-500- 600 см.

Значени Н, рассчитанные по формуле

Н с Р, составили 63-72-79-90 см.

Построенна по полученным данным верхн часть равновесной эпюры QP(H) хорошо совпадает с эпюрой, полученной известным методом высоких колонок.

Предлагаемый способ позволит существенно сократить затраты времени на опре- делениеветкиувлажнени

капилл рно-сорбциохного потенциала по сравнению с методом высоких колонок, а

также обеспечивает получение ветви иссушени .

Claims

Формула изобретени Способ определени ветви увлажнени капилл рно-сорбционного потенциала почвогрунтов , включающий увлажнение грунтов в колонке до стабилизации скорости впитывани с последующим послойным отбором грунта на влажность и построение по полученным данным равновесной эпюры

влажности, отличающийс тем, что, с целью повышени производительности за счет сокращени времени проведени опытов , одновременно с увлажнением грунта в колонке производ т определение равновесной эпюры влажности при иссушении методом капилл риметра, при этом увлажнение грунта осуществл ют в колонке высотой не менее половины высоты капилл рного подн ти и по полученным данным стро т равновесную эпюру в измеренном диапазоне влажности, а дл построени равновесной эпюры во всем расчетном диапазоне влажности определ ют значени отношений Н/Р, где Н - высота точки отбора пробы

грунта на влажность над зеркалом воды в опыте по увлажнению, м; Р - газовое давление разрежение в опыте по иссушению, атм, затем стро т график зависимости отношени Н/Р от влажности, экстраполируют ее

до границы расчетного диапазона влажности и с учетом этой зависимости достраивают верхнюю часть равновесной эпюры влажности при увлажнении.

R н,

см ЬОО

2Ь 30 34 38 42

Фиг.1

Н,

см

30 34 3S 42 8р

Фиг.З

ДО fyt 6е 6 9„ 0Р

Фиг. 2