Устройство для моделирования промерзания грунта Советский патент 1988 года по МПК G01N33/24 

1U15186

: ИзобретеЕ1Ие относится к области. Исследований физико-механических про- ;цессов в- мерзлых горных породах.

Целью изобретения является повыше- иие точности, уттравлетгия температурным ;полем в .образцах грунта.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид;, на фиг. 2 - расчетная схема.

Устройство состоит из контейнеров Q 1 с открытыми торцами и теплообменни- ;ков 2 и 3, установленных на их тор- |цах. Теплоизоляционный слой 4 вьтол- Iнен в форме полусферы.

торой искривлением изотерм небречь, определяется из у

лг

-3Z

где /JZ

I LULя

d 2Г

-разность уровней ковой температур и. боковой поверх разцов грунтаi

-диаметр (ширина)

Расчетная схема и7, : Так

R.

как

HI

Верхний теплообменник 2 перекрыва- з ное значение й7 - 2о г, то

торой искривлением изотерм можно пренебречь, определяется из условия

лг

-3Z

I LULя

d 2Г

-разность уровней с одинаковой температурой на оси и. боковой поверхности образцов грунтаi

-диаметр (ширина) образцов .

Расчетная схема и7, Так

как

HI

Изобретение относится к области исследований физико-механических процессов в мерзлых горных породах.Цель . повышение точности упранпения температурным полем в образцах грунта. Устройство состоит из контейнеров 1 ., 9 V высотой Н и шириной 2г и теплообменников 2 и 3, установленных на их.торцах. Верхний теплообменник 2 перекрывает торцы контейнеров 1 и сферическую Поверхность с радиусом R теплоизоляционного слоя и соединен воздуховодами 6 и 7 с холодильной камерой. Теплообменник 3 соединен с холодильной камерой воздуховодами 8 и 9. Размеры устройства удовлетворяют условию R 7/ ПР + г. Благодаря радиальному, размещению контейнеров и близким теплофизическим свойствам теплоизоляционного слоя и грунта автоматически обеспечивается равенство температур на внутренних и внешних поверхностях стенок контейнеров и скоростей промерзания. 2 ил. ff 2 & & О1 00 а Фиг. / S

ет торцы контейнеров и сферическую поверхность теплоизоляционного слоя 4. Внутри контейнеров установлены приборы 5 для измерения температуры. Воздуховодами 6 и 7 теплообмен ник 2 сое-20 динен с холодильной камерой. Аналогично воздуховодами 8 и 9 соединен с второй холодильной камерой теплообменник 3. В теплообменниках 2 и 3 установлены датчики 10 температуры. 25

Устройство работает следующим образом.

В контейнеры 1 помещают образцы грунта. Через воздуховод 6 в теплообменник 2 подают воздух из холодильной камеры, который возвращается по воздуховоду обратно в нее. Таким образом в теплообменнике 2 создают заданную температуру, которую регулируют в процессе эксперимента, воспроизводя заданный режим охлаждения тор- .цевых поверхностей образцов и сферической поверхности теплоизоляционного слоя 4 контейнеров 1 при промораживании. Создаваемый температурньй режим в теплообменниках контролируют с помощью датчиков 10 температуры. Аналогичным образом в теплообменнике 3. обеспечивают температурный режим на подошве слоя промерзания грунта. После промерзания-образцов грунта на глубину (Z) , фиксируемую с помощью датчиков 5 температуры, испытание заканчивают. Благодаря одинаковым теплофизическим свойствам испыту мого грунта и теплоизоляционного сло скорости промерзания в них равны, температурный градиент направлен по нормали к центру сферы, равенство температур на внутренней и внешней поверхностях стенок контейнеров обеспечивается по мере промерзания автоматически. Допустимая глубина, на ко

2с/

г

R 1 - VRZ - г

Отскиа R

И-4сГ2 испытаниях образец грунта промораживают на величину

Z R - R.

Следовательно, максимально допустимое значение Z принимается

Г71 - R - ,r

LZJ -

Так, при точности измерения температуры 0,05°С

Z R - 5,05г,

I-. .

что для контейнера высотой Н 30 см и

радиусом г 4 см составляет: R 30,3 CMi Z 10,1 см.

Благодаря возможности расположе- . ния контейнеров под любым утлом к направлению действия силы тяжести устройство позволяет изучать нпияние гравита1.Ли на процессы, связанные с промерзанием грунта (миграцию влаги, морозное пучение и др.). Это расширяет область исследований, что имеет практический интерес при изучении деформационной устойчивости наклонных поверхностей (откосы насыпей, стенки котлованов и т.п.).

Формула изобретения

Устройство для моделирования промерзания грунта, содержащее контейнеры с открытыми торцами и теплоизоляционным слоем по боковым поверхностям, верхний и нижний теплообменники для охлаждения и подогрева торцовьк поверхностей грунта и прибора для из- мереная температуры грунта, отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления температурным полем в образцах грунта, теплоизоляционный слой контейнеров вы- полнен в форме полусферы из материала с теплофизическими свойствами, аналогичными образцам грунта, оси контейнеров совмещены с радиусами полусферы, а верхний теплообменник пере-

Составитель В.Врачев (Редактор Л.Гратилло Техред А.Кравчук

Заказ 3871/43

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. Д/5

крывает верхние торцы контейнеров и сферическую поверхность теплоизоляционного слоя, при этом геометричес- кие размеры устройства удовлетворяют условию

R

Н

г

R 7/ Н2 + г ,

-радиус сферической поверхности теплоизоляционного слоя;

-высота контейнеров;

-половина ширины контейнеров.

иг.2

Корректор Н,Король

Подписное