Способ исследования льдообразования в морозных и мерзлых материалах Советский патент 1992 года по МПК E02D1/00 

Изобрет относится к области строительства в районах оаспрост анения вечночерзлых гоунтг может быть, в частности, использоззно дл геоког Юлогиче- ских исследовании и натур - х наблюдений за поведением грунтовых соопухечии и естественных мерзчых массивов оснований Р климатических условиях Крайнего

Известен способ исследования льдооб разования в морозных и мерзлых материалах (в курумах крупчообломочных iоунтах, горной массе, каменной наброске, искусственных (техногенных) насып ь-х грунтах и материалах, включая отходы производства.

хвосты, шлаки и тому подобное), 3s; frfj4 io шийся в проходке в них выработок (шурфсо, штолен, траншей, скважин р-зрезо ; г, т п.) или в попном рассечении (разрегке, разборке) массива морозного и/илп мерзлого JVK- та (например насыпь т п ) и ФИКГЧ ГРЬНКИ с замерами размеров и хэрзк ер озсг.пе- деления вкаю «зний льда пространстве по высоте и площади стенок, пола, потолка штспен, Liyrd%o , разрезов и других выработок

Недостаток ;акого способа - сло.кная 1л дорогостоящая технология проходки BbipaO ro i и разрезов о морозных и

с

,i-

мерзлых средах и массивах и фиксация льдообразования только изданный момент вскрытия выработки, что совершенно не позволяет исследовать динамику криогенного процесса льдообразования во времени.

Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования льдообразования в морозных и мерзлых материалах, включающий проходку выработки, размещение в ней контрольно-измерительной аппаратуры и регистрацию параметров льдообразования 2.

Недостатками этого технического решения являются:

-большие сложности с извлечением и сохранением в естественном, ненарушенном состоянии образцов морозных и мерзлых грунтов и материалов, особенно, крупнопористых материалов, крупнообломочных и полускальных грунтов;

-недостаточно высокая точность определения естественной льдистости и границ зон сплошного льдообразования в отобранных кернах и в целом, в массиве.

Целью изобретения является сокращение трудозатрат и повышение точности исследования.

Для достижения этой цели в способе исследования льдообразования в морозник и мерзлых материалах, включающем проходку выработки, размещение о ней контрольно-измерительной аппаратуры и регистрацию параметров льдообразования, дополнительно определяют мерзлую и ее- зоннодеятельную зоны и количество осадков, выпадающих за заданный период, в выработке размещают обсадный трубчатый элемент, имеющий верхний участок с герметичными стенками и нижний перфорированный участок с определенными расстояниями между нижними краями отверстий перфораций, перекрывают верхним участком сезоннодеятельную зону, а нижним - мерзлую зону, контрольно-измерительную аппаратуру размещают в обсадном трубчатом элементе на нижнем его участке и регистрируют при этом динамику нарастания слоя льда и перемещение границ льдозапыления во времени. При этом расстояния между нижними краями отверстий перфораций определяют по формуле:

. - Ьперф. - Ьос.сроч. Пм.в.,

где dnep. -диаметр отверстий перфораций, см;

Иперф. - расстояние между нижними краями отверстий соседних уровней, см;

пос.сроч. минимальная величина высоты столба воды, соответствующая количесгву осадков, выпадающих за заданный период, см;

Ьм.в. - высота миниска воды а уровне нижнего края отверстий перфорации, см,

На фиг.1 дана схема последовательности выполнения операций; на фиг.2 -деталь А перфорированного участка обсадного трубчатого элемента на фиг.1.

Способ исследования льдообразования

в морозных и мерзлых материалах осуществляют следующим образом.

В исследуемом материале 1 определяют мерзлую 2 и сезонно-деятельную 3 зоны и количество осадков, выпадающих зз дэмный период. Проходят выработку 4 (скважина, шурф, штольня и т.д.) до нижней границы 5 исследуемой зоны. Затем в выработке 4 размещают обсадной трубчатый элемент, имеющий верхний участок 6 с герметичными стенками и нижний, перфорированный участок 7 с определяемыми по расчету по формуле расстояниями между соседними отверстиями 8 перфораций. Верхним участком 6 перекрывают сезонно-деятельную зону 3, а нижним участком 7 - мерзлую зону 2. Размещают в обсадном трубчатом элементе контрольно-измерительную аппаратуру 9 и регистрируют при этом динамику нарастания слоя льда и перемещение границ льдозаполнения во времени (фиг, 1).

Расстояние Ьперф между нижними краями отверстий 8 перфораций определяют по формуле (фиг.2):

35

. - Иперф. -S Ьсс.сроч- Ьг.

где hoc.cpon. - минимальная высота столба воды, соответствующая копичеству осадков, выпадающих за заданный период, см;

Ьм.в. - высота мениска воды в уровне нижнего края отверстий перфораций, см;

йпзрф. - диаметр отверстий перфораций, см.

Введение в морозный материал или

мерзлый грунт зоны 2 перфорированного участка 7 обсадного трубчатого элемента позволит моделировать водопроницаемую пору и не нарушать естественный ход вла- гопереноса в порах (за счет фильтрации,

инфильтрации, инъекции и других видов переноса влаги), что при отрицательной температуре среды приведет к постепенному замерзанию поступающей в поры воды и льдообразованию. При этом уровень воды в

проницаемом перфорированном элементе будет соответствовать уровню воды в прилегающих к нему порах морозного материала или неполностью льдонасыщенного мерзлого грунта. После замерзания очередной порции воды и образования л ьда (псз. 10

на фиг.1) в перфорированном элементе уровень верхней границы льдообразования (поз. 11 на фиг.1) будет соответствовать уровню льдозаполнения г. прилегающих к элементу порах исследуемого материала. Формула изобретения 1. Способ исследования льдообразования в морозных и мерзлых материалах, включающий проходку выработки, размещение в ней контрольно-измерительной аппаратуры и регистрацию параметров льдообразования, отличающийся тем, что, с целью сокращения трудозатрат и повышения точности исследования, дополнительно определяют мерзлую и сезо н- нодеятельную зоны и количество осадков, выпадающих за заданный период, в выработке размещают обсадной трубчятый элемент, имеющий верхний участок с герметичными стенками и нижний перфорированный участок с определенными расстояниями между нижними краями отверстий перфораций, перекрывают верхним участком сезоннодеятельную зону, а нижним мерзлую зону, контрольно-измерительную аппаратуру размещают в обсадном трубчатом элементе на нижнем его участке и регистрируют при этом динамику нарастания

слоя льда и перемещение границ льдозэ- полнения во времени.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что расстояние между нижними краями отверстий перфорации определяют по формуле

. - Ьперф. Г1ос.сроч. Пм.в.,

где гёперф. -диаметр отверстий перфораций, см;

Ьперф. - расстояние между нижними краями отверстий соседних уровней, см;

Мос.сроч. - минимальная величина высоты столба воды, соответствующая количест- ву осадков, выпадающих за заданный период, см;

пм,в. - высота мениска воды в уровне нижнего края отверстий перфораций, см.

-Л-#