Способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах Советский патент 1984 года по МПК E02D1/00 G01N33/24 

Изобретение относится к строитель ству и может быть использовано при инженерных изысканиях и проектировании зданий и сооружений. Известен способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, включающий нагревание предварительно замороженного образца грунта и непрерывное измерение температуры образца при оттаивании lj . Недостатком этого способа являетс то, что его однократное применение позволяет определить количество незамерзшей воды (WHj(T)) в мерзлых грунтах только при одной определенной температуре. Однако величина W,,,(T) существенно зависит от температуры, уменьшаясь при ее понижении вплоть до температуры TQ, ниже которой W)(j н:е изменяется. Поэтому при определении количества незамерзшей воды Wjjj (т) в диапазоне отрицательных температур этим калориметрически способом оттаивание грунта приходится проводить не менее пяти раз с со- ответствукяцей подготовкой идентичных образцов. Это влечет за собой большу длительность замера количества незамерзшей воды,.ц(Т) , а также невысо кую точность определения фазового состава воды, связанную с естественным разбросом свойств разньк образцов . Наиболее близким по технической сущности к изобретению Является способ определения 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 является то, что не учитьюаются тепловые потери через боковую поверхность ячейки, кроме того, количество тепла, идущее на нагревание скелета груйта учитывается неточно, влечет за собой снижение точности опреДеления фазового состава воды. Цель изобретения - повышение точкости определения. Поставленная цель достигается тем, что согласно- способу определения 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 для осуществления способа и схема реализации способа} на фиг.3 - графические данные определения незамерзшей воды теплометрическим (известным) и предлагаемым способами. Установка включает криостат 1 с камерой 2, заполненной антифризной жидкостью, в которой размеще.ны две идентичные измерительные ячейки -3 для образцов сухого 4 и влажного 5 грунта и электромешалка 6, потенциометр 7, усилители 8 постоянного тока, датчики для измерения температуры (термопары) 9 и теплового потока (тепломеры) 10 и сосуд 11 Дьюара. Способ осуществляют следукнцим образом. . Образцы сухого 4 И влажного 5 грунта помещают в две идентичные ячейки 3, снабжают датчиками для измерения 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 (для большинства грунтов TQ не ниже -10 С). Образцы выдерживают при этой температуре 23 ч (за это время заканчиваются 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 производят 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 определяют влажность WQ во влажном образце. На основе данных изменения 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 - суммарная 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;

К измерительным приборам :1 5 Сд - удельная теплоемкость воды, Дж/кг.град; С - удельная теплоемкость льда, Дж/кг« град; Jt - скрытая теплота плавления льда, Дж/кг; - объем образца, Р(. - объемная масса скелета грунта кг/ь$2.. На фиг.З приведены сравнительные данные цо определению содержания незамерзшей воды для глины с преобладающим содержанием каолина, получен-t ные с помощью теплометрического (кривые 12) и предлагаемого способов ; (кривые 13). В предлагаемом способе удается избежать того разброса данных, который наблюдается в теплометрическом способе (как и в калориметрическом). Это видно, в частности, из сравнения 12 и 13 групп кривых зависимости содержания незамерзшей воды от температуры. . Применение предлагаемого способа позволяет учитьшать неконтролируемые утечки тепла, а также теплопотеря, возникающие при определении теплоемкости скелета,грунта за счет использования для измерений и расчетов разности тепловых потоков, идущих на нагрев влажного и сухого образцов, находящихся при одинаковой температуре, что в конечном итоге приводит к зна- . чительному увеличению точности опрё- деления содержания нез.амерзшей воды в мерзлых грунтах.

0.1

ft

/J /3

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА НЕ ЗАМЕРЗШЕЙ ВОДЫ В МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ, включанмций нагревание предварительно замороженного образца грунта, непрерывное измерение температуры, регистрацию количества тепла, затрдченного на нагревание образца и фазовый переход влаги до температуры , и определение количества незамерзшей воды по формуле, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности определения одновременно с замороженным, образцом грунта в одну изотермическую оболочку с ним помещают сухой образец того же грунта с тем же объемнь1м весом скелета, нагревают и фиксируют количество тепла, затрачанное на его нагревание, при этом температуры замороженного и сухого образцов поддерживают одинаковыми.