SU968163A1

SU968163A1 - Способ определени количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах

Info

Publication number: SU968163A1
Application number: SU803008244A
Authority: SU
Inventors: Эдуард Дмитриевич Ершов; Юрий Саакович Даниэлян; Петр Алексеевич Яницкий; Венера Нигматовна Галиева; Анатолий Александрович Степкин
Priority date: 1980-11-24
Filing date: 1980-11-24
Publication date: 1982-10-23

Description

(5) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА

НЕЗАМЕРЗШЕЙ ВОДЫ В МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

1

Изобретение относитс к строительству и может быть использовано при инженерных изыскани х и проектировании зданий и сооружений.

Известен способ определени количества незамерзшей воды в иссле-. .дуемом материале по его электрическим свойствам f 1 .

Недостатком этого способа вл етс зависимость электрическог- параметра материала не только от влагосодержани , но и от температуры образца.

Наиболее близким техническим решением к изобретению вл етс способ определени количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, включающий нагревание предвари тельно замороженного образца грунта и непрерывное измерение температуры образца, при оттаиванииг 2 J.

Недостатком известного способа вл етс то, что его однократное

применение позвол ет определить количество незамерзшей воды в мерзлых грунтах Уц(Т) только при одной определенной температуре. Однако величина W (т) существенно зависит от температуры, уменьша сь при ее понижении вплоть до температуры Ту, ниже которой Wjj практически не измен етс (фиг. 1). Поэтому при определении количества незамерзшей

10 воды Wj(T) в диапазоне отрицательных температур этим калориметрическим способом оттаивание грунта приходитс проводить не менее п ти раз с соответствующей подготовкой иден15 тичных образцов. Это влечет за собой большую длительность замера количества незамерзшей воды W(T) и невысокую точность .определени фазового состава воды,св занную с естест20 венным разбросом свойств разных образцов,

Claims

Цель изобретени - сокращение времени замера и повышение точности определени фазового состава воды. Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу, определени количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, включающем нагревание, предварительно замороженного образца грунта и непрерывное измерение температуры образца при оттаивании, замораживание образца грунта производ т до температуры, при которой стабилизируетс количество, незамерзшей воды, выдерживают при этой температуре 3- ч, а при оттаивании образца мерзлого грунта непрерывно регистрируют количество тепла, затраченного на его нагревание, и фазовый переход влаги до температуры образца , затем измер ют суммарную влажность образца и на основе полученных данных определ ют непрерывную зависимос количества тепла от температуры, а K личество незамерзшей воды определ ют по формуле - ОТ г(M-r ГЛТ w..,(T)-e | Wo bQe 4cat)Q+d) И . .З. где WjT) -количество незамерзшей ЬЗ воды, п.е.; -температура, С; суммарна влажность образца , д.е.; количество тепла, затраченного на нагревание системы грунт-вода-лед и фазовый переход влаги; удельна теплоемкость воды, Дж/кг град; удельна теплоемкость льда, Дж/кг град, удельна теплоемкость сухого грунта, Дж/кг гра -открыта теплота плавлени льда, Дж/кг; -объем образца, мЗ; -объемна масса скелета грунта, кг/м. На фиг. 1 приведен график количества незамерзшей воды; на фиг. 2 устройство , реализующее способ, на фиг. 3 - динамика и енени температуры Т и количества тепла Q при оттаивании мерзлого грунта. Устройство содержит образец 1 грунта, помещенный в. камеру 2 из теп лоизол ционного материала, снабженную датчиками температуры 3 и теплового потока k. Способ стпределени количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах осуществл ют следую1цим образом. Образец 1 помеи1ают в камеру 2, охлаждают его до температуры То, ниже которой фазовый переход практически не происходит (дл большинства грунтов, встречаю1цихс на практике, Т не меньше ). Образец выдерживают при этой температуре З- ч (за это врем заканчиваютс реалаксационные процессы, возникающие при промерзании} . Далее камеру с грунтом помещают в среду с положительной температурой. Образец начинает нагреватьс , при этом с помощью электроизмерительных приборов производ т запись показаний датчика температурь 3 и теплового потока . Таким образом получают данные об изменении во времени температуры Т и количества тепла, затраченного на нагревание системы грунт-вода-лед и фазовый переход влаги. Когда температура образца 1 достигнет 0°С, образе11 вынимают из камеры 2 и стандартным весовым способом определ ют влажность WQ.. Затем на основе данных изменени температуры образца Т и количества тепла, а при оттаивании грунта получают.непрерывную зависимость П(Т) и результаты измерений обрабатывают по формуле, вывод которой представлен ниже. Уравнение теплового баланса дл рассматриваемого образца грунта имеет следующий вид. di где t - врем , с; с - удельна теплоемкость грунта, ккал/кг град. Известно соотношение дл теплоемкости мерзлого грунта С.;-Сгр & мг - л. где L - льдистость грунта, д.е., которое с учетом того, что . принимает следующий вид C--Cr.p + (C6-Cд). На фиг. 3 изображена динамика изменени температуры Т и количества тепла Q при оттаивании мерзлого грунта . Температура Т при этом процессе монотонно увеличиваетс .Это позвол ет с учетом уравнени теплового баланса и последнего соотношени запи сать уравнение дл функции W (Т) , . ат ° Решение этого уравнени с условием ч, АчоЪ Wp имеет вид : -ICbfd ) ц(т)--е . Дл того, чтобы использовать эту формулу при T const (в этом случае неопределено dQ/dT), в правой части произведем интегрирование по ча Iст м. Окончательно расчетна формула принимает следующий вид %(T)--e- WotbQe° - J(abQtd)edT, Содержание льда и незамерзшей воды, т.е. фазовый состав влаги, в мерзлых грунтах предопредел ет их теплофизические и физико-механические свойства. Это, в свою, оче редь, обуславливает особенности стр ительства и эксплуатации инженерных сооружений на мерзлых грунтах. Способ можно примен ть дл быстрого замера количества незамерзшей воды W,J(T) , что позволит осуществить оперативное определение этой характери|СтИки дл большого количества образцов . Формула изобретени Способ определени количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, включающий нагревание предварительно замороженного образца грунта и непрерывное измерение температуры образца при оттаивании, отлича ющийс тем, что, с цель:-) сокра щени замера времени и повышени точ ности определени фазового, состава воды, замороживание образца грунта 3« производ т до температуры, при которой стабилизируетс количество незамерзшей воды, выдерживают при этой температуре 3- ч, а при оттаивании образца мерзлого грунта непрерывно регистрируют количество тепла, затраченного на его нагревание, и фазовой температуры образпереход в/1аги до ца О с. затем из мер ют суммарную влажность образца и на основе полученных данных определ ют непрерывную зависимость количества тепла от температуры , а количество незамерзшей воды определ ют по формуле a)--e« VbQe l(abQfale°dTl и. J J. . где W (Т) - количество незамерзшей Ц , воды, д.е. Т - температура, °С; суммарна влажность образца , д.е., количество тепла,затраченного на нагревание системы грунт-вода-лед и фазовый переход влаги, Лж; удельна теплоемкость воды, Дж/кп град; удельна теплоемкость сухого грунта, Дж/кг. градудельна теплоемкость льда, Дж/кг. град; скрыта теплота плавлени льда, Дж/кг; объем образца, м ; объемна масса скелета грунта, кг/м. Источники информации, рин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 197223, кл. г, 01 N 25/02, 1966.
2.Ершов Э.Д. и др. фазовь|й сое- . ав влаги в мерзлых породах. М., зд-во МГУ, 1979, с. 189.