Способ определения количества незамерзшей воды и льда в горных породах Советский патент 1979 года по МПК G01N25/62 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА НЕЗАМЕРЗШЕЙ ВОДЫ И ЛЬДА В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Изобретение относится к способам определения количества незамерзшей воды и и льда в мерзлых породах и может быть использовано при проведении мерзлотнъгх съемок, изыскательских и проектных работ в условиях вечной мерзлоты применительно к объектам гражданского и промышленного строительства.

Известен способ определения количества незамерзшей воды в исследуемом материале, основанный на изменении электрических свойств материала в зависимости от температуры и влагосодержания и заключаюШ.ИЙСЯ в определении этих изменений.( корреляции их с содержанием незамерзшей воды в. породе при данной температуре 1.

К недостаткам известного спосо ба относятся сложность определения фазового состава влаги в дисперсных породах по калометрическим и электрическим характеристикам, а также значительные погрешности при определении количества льда калориметрическим способом в области высоких температур за счет резкого возрастания теплоемкости льда, а в области низких температур за счет влияния температуры на теплоту

фазового перехода первого рода и на теплоемкость компонентов, слагающих грунт.

Ближайшим техническим решением к изобретению является способ определения количества незамерзшей воды и льда, заключаюш,ийся в измерении суммарного влагосодержания образцов мерзлых пород весовым методом. Применение этого способа ограничивается, например, условием влагонасыш.енности породы. Кроме -того, при высоких отрицательных температурах и значительных содержаниях незамерзшей воды этот способ становится недостоверным, так как в этих случаях невозможно дифференцированно определить содержание влаги и льда в мерзлых породах Ш.

Цель изобретения - повышение точности определения в области отрицательных температур.

Цель достигается тем, что осуществляют водонасыщение сухого образца прги .контакте с двумя облегающими его мерзлыми влагонасышенными образцами той же породы при поддерживаемой заданной отрицательной температуре и после установления термодинамического равновесия регистрируют его влагосодержание, соответствующее количеству незамерзшёй воды и льда. Предварительные эксперименты показали, что оптимальные площадь и высота образцов составляют 10-15 см и 0,5 см соответственно. Сущ,ность способа заключается в следующем. Приведенные в контакт образцы сухой и влагонасыщенной породы (с трехкратной повторностью для повышения достоверности ) влагоизолируют от окружающей среды с помощью прозрачных полиэтиленовых кассет и помещают в холодильный шкаф или термостат, температуру в котором заранее задают равной температуре исследуемых мерзлых образцов и поддерживают постоянной в течение всего эксперимента. При контакте образцов происходит водонасыщение сухой породы за счет разности химических потенциалов влаги в ней и мерзлой породе. Процесс водонасыщения сухого образца продолжается до установления равенства химических потенциалов незамерзшей воды и льда, что соответствует принципу динамического равновесия между льдом, незамерзщей водой и паром. Соответствующее влагосодержание сухого образца при этом равняется количеству незамерзщей воды в мерзлой породе при данной температуре. Водонасыщение определяется стабилизацией веса влагонасыщающегося образца. Продолжительность водонасыщения сухого образца колеблется от нескольких часов до нескольких суток в зависимости от температуры и дисперсности пород. После насыщения сулой породы определяют ее влагосодержание. Содержание льда в породе определяют по разности между установленными до опыта суммярным влагосодержанием и количеством незамерзшей воды исследуемой породы. Суммарную влажность определяют весовым методбм как отношение разности весов образцов до и после высушивания при 105°С (до достижения постоянного веса) к весу сухой породы. Данный способ является прямым, что существенно упрощает определение количества незамерзшей воды и льда, повышает температурный диапазон и точность определения искомых величин, которая составляет (при взвешивании с точностью 10 г) 0,3%.. Формула изобретения Способ определения количества незамерзшей воды и льда в горных породах, заключающийся в измерении суммарного влаго-, содержания образцов мерзлых пород весовым методом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения в области отрицательных температур, осуществляют водонасыщение сухого образца при контакте с двумя облегающими мерзлыми влагонасыщенными образцами той же породы при поддерживаемой заданной отрицательной температуре и после установления термодинамического равновесия регистрируют его влагосодержание, соответствующее количеству незамерзшей воды и льда. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 197233, кл. G 01 N 25/02, 1966. 2.Авторское свидетельство СССР № 532044, кл. G 01 N 25/62, 1974.