Устройство для определения физических характеристик мерзлых грунтов Советский патент 1984 года по МПК G01N7/14 G01N33/24 

Изобретение относится к области полевых и лабораторных исследований физических свойств мерзлых грунтов.

Известен способ одновременного определения на одном образце мерзлого грунта значений объемного веса, суммарной влажности и суммарной относительной льдистости путем взвешивания. Способ заключается в том, что в сосуд с водой, имеющий сливное отверстие, помещают образец мерзлого грунта. Определяют вес мерного сосуда с определенным объемом воды до и после размещения образца. Сливают воду до сливного отверстия, взвешивают сосуд с мерзлым грунтом, протаивают грунт, доливают воду до сливного отверстия и снова взвешивают Cl

Недостатком этого способа является то, что, способ не позволяет точно измерить объем льда в образце, так как смещение уровня воды в сосуде после протаивания происходит как за счет фазового перехода льда в воду, так и за счет вьаделения газовой фазы из самого грунта и воздуха, абсорбированного вводе. Неучет газовой фазы и постороннего воздуха приводит к завьшенным значениям льдистости и влажности грунтов.

Известно устройство для определения физических характеристик мерзлых грунтов, включающее корпус с жид костью, капилляр, плавающий элемент, установленный по оси корпуса с образованием кольцевого канала с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной Ш1оскости корзинку для образца, присоединенную к нижней части плавающего элемента, и зтлотнение, размещенное в верхней части корпуса 2 J.

Недостатком известного устройства является низкая точность определения льдистости и газосодержания образца мерзлого грунта, обусловленная тем, что сбор и измерение объема вьщёлившегося газа осуществляют в кольцевом зазоре между мерным цилинд.ром и плавающим элементом. Точность измерения объема газа определяется площадью сечения кольцевого зазора.

Кроме того, конструкция прибора такова, что в кольцевой зазор собирается газ, вьщеляющийся как из образца, так и из рабочей жидкости.

а также газ, находящийся, на внутренней поверхности стенок устройства.

Недостатком устройства является также трудность установления и подджания определенного рабочего объема сосуда при проведении герметизации путем перемещения и фиксации в определенном положении крьш1ки.

Целью изобретения является повышение точности определения за счет возможности учета дополнительного воздуха, находящегося в жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, включающее корпус с жидкостью, капилляр, плавающий элемент, установленный по оси корпуса с образованием кольцевого канала с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости, корзинку для образца, присоединенную к нижне части плавающего элемента, и уплотнение, размещенное в верхней части корпуса, снабжено размещенной коаксиально внутри плавающего элемента пополнительной трубкой, укрепленной на внутренней его стенке над корзинкой, а дно корзинки выполнено из воздухонепроницаемого материала. .

На фиг.1 изображена общая схема устройства; на фиг.2-5 - различные положения плавающего элемента в процессе проведения определений.

Устройство состоит из корпуса 1 с жидкостью, плавающего элемента 2,расположенного с возможностью возвратно поступательного перемещения в вертикальной плоскости, в корпусе с образованием кольцевого канала 3, корзинки 4, присоединенно к нижней части плавающего элемента 2, капилляра 5, подсоединенного к корпусу 1, уплотнения 6 для герметизации зазора между корпусом и плавающим элементом и одновременно для фиксации плавающего элемента, сливного крана 7, дополнительной . трубки 8 с краном 9, укрепленной на внутренней поверхности плавающего элемента 2. Образец мерзлого грунта 10 размещается в корзинке 4. Плавающий элемент 2 в нижней части имеет конусность, переходящзто в дополнительную трубку 8. Пространства в капилляре 5, в корпусе 1 и дополнительной трубке В сообщаются

3

между собой. Трубка 8, корпус 1 и капилляр 5 снабжены шкалами (не обозначены).

Для определения физических характеристик выполняются следующие операции: в корпус 1 заливается рабочая жидкость, например вода.

8корпус 1 вставляется плавающий элемент 2 с корзинкой 4 и измеряется величина погружения плавающего элемента 2- р и уровень жидкости НдСфиг.); плавающий элемент с корзинкой извлекается, в корзинку укладывается образец мерзлого грунта

10, затем плавающий элемент 2 с корзинкой 4 снова вставляется в корпус

1и измеряется величина погружения плавающего элемента Р и уровень жидкости Н (фиг.2)} кольцевой канал 3 между плавающим э,лементом

2и корпусом 1 герметизируется уплотнением 6. При помощи крана

9герметизируется трубка 8. Измеряется уровень Н-. С этой позшр и грунт оттаивает, а выделяющийся

газ собирается в трубке 8. Изменяется уровень жидкости в капилляре 5 за счет уменьшения объема льда при фазовом переходе (фиг.З). После протаивания измеряются уровни , li и 2 в капилляре 5 и трубке 8 (фиг.4), плавающий элемент 2 освобождается от уплотнения 6, открывается кран 9 и измеряется величина погружения плавающего элемента 2 с оттаявпшм грунтом Р (фиг.5). По этим данным рассчитьшаются объем образца до протаивания

JT(

21 /j2 ,2

(гМ-(Рг-.),

05

вес образца до протаивания

Pc cA/P-Pl-tir Vr - о) ж о5

объем газа в поровом пространстве

тр :i7oir , (VM

го рт

«т

1229184

объем- льда в образце

f ,

({

5 незамерзщей

V .

вес скелета образца грунта

РС (РЗ-РО) .

По известным формулам вычисляются объемный вес образца мерзлого грунта, суммарная влажность, суммарная льдистость, газонасыщенность, количество незамерзшей воды и удельный вес грунта, где сЛ - цена деления шкалы при гидростатическом взвешивании у Тл Tg удельный вес жидкости, льда и воды, соответственно РО,, Тд, Р,Т - давление и температура газа в момент измерения в устройстве и в поровом пространстве на глубине залегания образца.

Преимущество предлагаемого уст ройства состоит в том, что объем газа измеряется в дополнительной трубке, где погрешность измерения уровня рабочей жидкости, а следовательно, ее объем газа значительно

5 ниже, чем в кольцевом канале. При герметизации кольцевого канала уровень жидкости в нем не изменяется при изменениях уровней в капилляре и трубке. Это позволяет точнее

0 измерить суммарный эффект понижения уровня за счет перехода льда в воду и вьщеления газа. Так как образен расположен близко к дополнительной трубке, а объем жидкости между

5 образцом и плавающим элементом минимален, то и минимально количество постороннего воздуха, которое попадает в мерную трубку. Посторонний воздух выделяется и собирается

0 в кольцевом зазоре, где измеряется его объем и учитывается в расчетах.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ «МЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ, включакицее корпус с жидкостью, капилляр, плавающий элемент, установленный по оси корпуса с образованием кольцевого канала с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости, корзинку для образда, присоединенную к нижней части плавающего элемента.,и уплотнение, размещенное в верхней части корпуса, отличающееся тем, что, с, целью повышения точности определения за счет возможности учета дополнительного воздуха, находящегося в жидкости, оно снабжено размещенной коаксиально внутри плавающего элемента дополнительной трубкой, укрепленной на внутренней его стенке над корзинкой а дно корзинки выполнена из воздухонепроницаемого материала. to 1C OD