Способ определения физических характеристик мерзлых пород Советский патент 1982 года по МПК G01N5/02 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

МЕРЗЛЫХ ПОРОД .

1

Изобретение относится к лабораторным определениям физических характеристик в полевых условиях мерзлых пород, теряющих связность при оттаивании, например, песков, супесей.

Изобретение может быть использовано при проведении инженерно-геологических изысканий под наземные и подземные сооружения в районах развития мерзлых пород.

Известны способы определения физи- ю ческих характеристик мерзлых пород путем измерения веса или объема с последующим определением параметров по расчетным формулам 1.

Таким образом определяют объемную массу и суммарную весовую влажность. Льдистость мерзлых пород и количество незамерзшей воды в них определяют калориметрическим методом j или по таким физическим характеристикам как влажность и пластичность 2.20

Размокаемость талых пород или скорость их теплового разрушения определяют на приборе ПР конструкции Д. И. Знаменского - В. И. Хаустова 3.

Недостатками известных способов является их трудоемкость и сложность оборудования.

Наиболее близким способом определения физических характеристик мерзлых, дисперсных пород по своей технологической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ совмещенного определения объемной массы, суммарной влажности и суммарной льдистости 4.

Согласно известному способу объемную массу, суммарную влажность и суммарную ЛЬДИСТОСТЬ определяют на одном образце мерзлой породы в сосуде, установленном на весах и заполненном водой. По этому способу использован принцип пикнометрического определения суммарной влажности, объемная масса определяется по весу и объему вытесненной образцом воды, а ЛЬДИСТОСТЬ - по изменению объема системы вода + лед после растаивания в породе льда, причем изменение объема определяют весовым способом. Производят последовательное взвешивание сосуда, заполненного водой до мерной черты, при погружении в сосуд образца исследуемой породы, сосуда с образцом после слива воды из сосуда до мерной черты, повторного взвешивания сосуда с водой и неоттаявшим образцом, долива в сосуд до мернойчерты после полного разрушения образца и взвешивания сосуда с водой и разрушенным образцом.

Операции по определению массы, суммарной влажности и суммарной льдистости сводятся таким образом к последовательному взвешиванию на чашечных или аналитических весах сосуда с водой и образцом породы массой, например, 1-2 кг.

Указанный способ имеет следуюшие недостатки: не производится определение скорости теплового разрушения образца; поддержание горизонтального уровня воды в сосуде в процессе его взвешивания и слива или долива воды из-за изменения положения чашки весов практически трудно осушествимо, что приводит к большим погрешностям производимых определений. При этом ошибки весовых и объемных измерений имеют однозначные погрешности, что сводит на нет контроль весовых измерений объемными или наоборот.

Цель -изобретения - одновременное определение на одном образце мерзлой дисперсной породь скорости теплового разрушения и упрощение технологии определения объемной массы, суммарной влажности и суммарной льдистости.

Поставленная цель достигается тем, что согласно известному способу, включающему заполнение сосуда водой д,о мерной черты, погружение в сосуд образца исследуемой породы, слив избытка воды из сосуда до мерной черты, долив воды в сосуд до мерной черты после полного разрушения образца с последующим расчетом физических характеристик по формулам, измеряют размеры образца, взвешивают его перед погружением в сосуд, замеряют изменение объема воды при погружении образца, фиксируют время полного теплового разрушения образца и изменение объема воды в сосуде в результате этого разрушения, а при расчете физических характеристик используют измеренные данные: вес образца и изменение объема воды в сосуде после погружения образца в сосуд и после его теплового разрушения.

На чертеже изображено устройство для реализации, предлагаемого способа, общий вид.

Устройство включает сосуд I, сетку 2, мерную шкалу 3, подставку 4, юстировочные винты 5, нормальное положение уровня воды в сосуде 6, сливное отверстие с краном 7, образец мерзлой породы 8.

Предлагаемый способ реализуется в следующей технологической последовательности: берут сосуд 1 с сеткой 2 и мерной, 3 и ставят на подставку 4, юстировочными винтами 5 приводят в вертикальное положение, заполняют его водой до уровня 6, который определяется положением сливного отверстия с краном 7.

Образец мерзлой породы правильной формы, например цилиндрической, взвешивают на лабораторных весах с точностью 0,5 г, измеряют его диаметр и высоту с точностью до 0,1 мм и помещают в сосуд I на сетку 2 при закрытом кране 7. Измеряют изменение объема воды в сосуде по мерной шкале 3. Открывают кран 7 и замеряют объем воды, вытесненной образцом 8 из сосуда 1, мерным Стаканом с точностью 1 см. Одновременно включают секундомер и наблюдают за разрушением образца. По окончании теплового разрушения (оттайки) образца секундомер выключают. Далее берут измеренный объем воды и доливают в сосуд 1 при открытом кране 7. Одновременно замеряют объем избыточной воды, сливающейся через кран мерным сосудом. Точность измерения доливаемой, и сливающейся воды 0,5 см. По разности долитой и слившейся воды рассчитывают уменьшение объема образца 8 в результате его оттайки. Объемную массу, суммарные влажность и льдистость и линейную скорость теплового разрушения образца рассчитывают по следующим формулам

Р

6

(1) (2) (3)

V

1 J.OO 4vVj

w

УС У(г-в-Ул ДУУвТ

V -°-

(4); ду V, -V

2-t де Р -вес образца, г;

V -объем образца,

ДУ -уменьшение объема образца при

.3.

оттаивании, см; V, - объем долитой воды в сосуд, л/2 -объем слившегося избытка воды

из сосуда, см Ь -объемная масса,

Лу - суммарная льдистость, объемные /о; W -суммарная влажность, весовые %

V - скорость теплового разрушения,

см/с;

d -диаметр образца, см; t -продолжительность теплового разрушения, с;

-плотность соответственно воды, льда и минерального скелета породы, г/см.

Пример практического осуществления редлагаемого способа. Способ реализован на практике в полевых условиях на цилиндрическом образце мерзлой породы, отобранном из керна разведочной скважины. Технология определения физических характеристик образца следующая. Выпиливают и,з цилиндрического керна образец, диаметр которого равен 126,8мм (среднее из замеров в трех сечениях), высота 80,2 мм (среднее из замеров по противоположным образующим). Вес образца при взвещивании на лабораторных еесах оказался равным 2017,5 г. -В сосуд диаметром 150 мм и высотой 400 мм, заполненный водой с температурой 14;8°С при закрытом кране, опускают образец на сетку, включают секундомер и открывают кран. В мерный цилиндр из сосуда слилось 993,5 см воды. По. окончании теплового разрушения образца выключают секундомер, он показал 178 с. Налили в мерный стакан 50 см воды и выливают ее в сосуд, из сосуда слилось 19,5 см воды. По полученным в процессе опыта данным производят расчеты объемной массы, суммарных влажности и льдистости и скорости теплового разрушения по приведенным выще формулам в следующей очередности: а)по результатам опыта: Р 2017,5 г; V 993,5 ДУ Vi-Vj 50-19,5 30,5 d 12,68 см; t 178 с; б)справочные данные УВ 1 УЛ 0,92 г/смЗ; УСК 2,65 г/см (7).в)расчет определяемых характеристик: р J.01M 2,03 Г/СМЗ; V993,5 100ibO,5jJ 3050 JOg AYiyB v УГУв-У.л) 993,5(1-0,92) 79,47 3.8, .B-100J:0i5i. «cKrv()-AVy ,5(l-0,92}-30 r 3050 900/ -ТТ/Гк- - - /О ll-.-6i | 0,0356 CM/c v ,178 Трудоемкость определения перечисленных физических характеристик по предлагаемому способу почти в семь раз меньше, чем по существующим методикам. По сравнению с существующим методом определения физических характеристик мерзлых пород на одном образце, предлагаемый способ позволяет упростить оснащенность полевой лаборатории приборами, определить скорость теплового разрущения породы с одновременным определением объемной массы, суммарной влажности и суммарной льдистости породы, существенно сократить трудозатраты на проведения лабораторных работ. Форл}ула изобретения Способ определения физических характеристик мерзлых пород путем заполнения сосуда водой до мерной черты, погружения в сосуд -образца исследуемой породы, слива избытка воды из сосуда до мерной черты, долива воды в сосуд до мерной черты после полного разрущения образца с последующим расчетом физических характеристик по формулам, отличающийся T&tA, что, с целью одновременного определения на одном образце скорости его теплового разрушения и упрощения технологии определения объемной массы, суммарной влажности и суммарной льдистости мерзлых пород, измеряют размеры образца, взвещивают его перед погружением в сосуд, замеряют изменение объема воды при погружении образца, фиксируют время полного теплового разрущения образца и изменение объема воды в сосуде в результате этого разрушения, а при расчете физических характеристик используют измеренные данные. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе. 1.Мазуров Г. П. Физико-механические свойства мерзлых грунтов. Л., Стройиздат, 1975, с. 5-7. 2.Давыдочкин А. Н. Полевая оценка льдистости и просадочности глинистых грунтов. Труды совещания по инженерно-геологическим свойствам горных пород и методам их изучения. М., АН СССР, 1957, с. 25-28. 3.Чаповский Е. Г. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов. М., «Недра, 1-975, с. 9-11. 4.Авторское свидетельство СССР № 373586, кл. G 01 N 5/02, 26.06.73.

J

V

s/.

//A У/Л Y/// Y///X Y/// Y// K7X

/

CXJ