способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах
Классы МПК: | E01D1/00 Мосты вообще |
Автор(ы): | Деманов В.Э. |
Патентообладатель(и): | Печорский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности "Печорнипинефть" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-04-22 публикация патента:
30.04.1995 |
Использование: строительство на мерзлых грунтах. В способе определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, включающем оттаивание предварительно замороженного образца грунта, непрерывное измерение температуры образца при отттаивании с последующим определением количества незамерзшей воды по результатам измерений, охлаждение образца грунта до температуры ниже установленной температуры начала его оттаивания, регистрирование одновременно температуры образца и время, затем строят график изменения во времени логарифма избыточной температуры, по которому фиксируют время и температуру оттаивания, и график изменения температуры образца во времени, по которому определяют время и температуру окончания оттаивания, а искомое количество незамерзшей воды устанавливают из соотношения, приведенного в описании изобретения. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА НЕЗАМЕРЗШЕЙ ВОДЫ В МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ, включающий оттаивание предварительно замороженного образца грунта, непрерывное измерение температуры образца при оттаивании с последующим определением количества незамерзшей воды по результатам измерений, отличающийся тем, что образец грунта охлаждают до температуры ниже установленной температуры начала его оттаивания, одновременно регистрируют температуру образца и время, строят график изменения во времени, логарифма избыточной температуры, определяемой как разность между температурой образца и температурой среды, по построенному графику фиксируют время и температуру начала оттаивания, строят график изменения температуры образца во времени, по которому определяют время и температуру окончания оттаивания, а искомое количество Wн незамерзшей воды устанавливают из соотношения![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/2034110-11t.gif)
где
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
tн момент времени начала фазовых переходов в образце мерзлого грунта;
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
Wе естественная влажность образца мерзлого грунта;
Wм.г максимальная гигроскопическая влажность образца мерзлого грунта.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к строительству на мерзлых грунтах, а именно к определению несущей способности оснований. Известен способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, основанный на измерении теплового эффекта при оттаивании образцов мерзлого грунта в калорифере [1] Способ реализуют следующим образом. Приготовленный образец замораживают в холодильной камере и переносят в калорифер. После чего производят отсчет температуры через равные промежутки времени до полного оттаивания образца. Затем производят обработку данных измерения и вычисляют количество незамерзшей воды. Выполнение способа требует знания множества промежуточных параметров, значительной трудоемкости при измерении и обработке результатов. Известен также способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах [2] который позволяет определить количество незамерзшей воды по температурам оттаивания предварительно замороженных образцов одного и того же грунта с различной исходной влажностью. Для определения количества незамерзшей воды приготавливают несколько образцов исходного грунта с различной влажностью, замораживают их, предварительно поместив в центр образца датчик температуры. После замораживания образец грунта с датчиком температуры помещают в среду с постоянной положительной температурой и производят оттаивание образца, регистрируя его температуру через равные промежутки времени. После завершения оттаивания строят график изменения температуры образца во времени и определяют точку перегиба графика, свидетельствующую об окончании процесса оттаивания порового льда в образце грунта. Количество незамерзшей воды в этот момент будет равно влажности образца, а температура, соответствующая этой точке, будет температурой оттаивания образца. Произведя оттаивание всех замороженных образцов, построив графики изменения температуры и определив температуры оттаивания всех образцов, строят графическую зависимость температур оттаивания образцов данного грунта от их влажности. Данная зависимость представляет искомую зависимость количества незамерзшей воды от температуры. Недостатком способа является низкая производительность. Для определения температурной зависимости содержания незамерзшей воды только одной разновидности грунта необходимо приготовить несколько образцов с различной влажностью, заморозить их и произвести последующее оттаивание каждого образца для определения температуры оттаивания. Количество определений должно быть не менее пяти. Кроме того слабая интенсивность фазовых переходов при низкой температуре влияет на точность определения температуры оттаивания образцов с незначительной влажностью и, соответственно, на точность определения количества незамерзшей воды. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах в течение одного эксперимента, основанный на измерении количества тепла, идущего на нагрев оттаивающего образца и плавление льда [3] Для осуществления способа образец грунта замораживают, выдерживают при отрицательной температуре, а затем производят оттаивание, непрерывно регистрируя температуру образца и количество тепла, затраченного на его нагрев и плавление льда. На основе полученных данных определяют графическую зависимость количества тепла от температуры, а количество незамерзшей воды определяют по формулеWн(t) e
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/2034110t.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/2034110-2t.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/2034110-3t.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/2034110-4t.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/2034110-5t.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/2034110-6t.gif)
b
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/2034110-7t.gif)
d
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/2034110-8t.gif)
Т температура, оС;
Wo суммарная влажность образца, доли ед. Q количество тепла, затраченного на нагревание системы грунт-вода-лед и фазовый переход влаги, Дж;
Св удельная теплоемкость воды, Дж/кг
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034002/729.gif)
Сгр удельная теплоемкость сухого грунта, Дж/кг
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034002/729.gif)
Сл удельная теплоемкость льда, Дж/кг
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034002/729.gif)
х скрытая теплота плавления льда, Дж/кг;
V объем образца, м3;
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034010/961.gif)
Wн(t)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/2034110-9t.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
We естественная влажность образца мерзлого грунта;
Wмг максимальная гигроскопическая влажность образца мерзлого грунта. Определение количества незамерзшей воды производится в диапазоне от температуры начала фазовых переходов (начала оттаивания) до температуры окончания фазовых потоков (окончания оттаивания). По результатам одного эксперимента получают любое количество определений содержания незамерзшей воды в образце мерзлого грунта при конкретных значениях температуры в этом температурном диапазоне. На чертеже показан график, изменения во времени логарифма избыточной температуры образца
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/920.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/920.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/920.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/920.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/920.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
Wн(t)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/2034110-10t.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
Wе естественная влажность образца мерзлого грунта;
Wмг максимальная гигроскопическая влажность образца мерзлого грунта. П р и м е р. Из монолита грунта с ненарушенной структурой и естественной влажностью вырезают образец грунта весом 15-30 г по форме и размерам, соответствующий металлической тонкостенной бюксе. Одновременно из монолита отбирают пробы грунта весом 30-40 г для определения по стандартным методикам естественной влажности и максимальной гигроскопической влажности. Образец грунта помещают в бюкс, закрывают крышкой и герметизируют. Через отверстие в крышке в образец вводят датчик температуры (термопару) и бюкс с грунтом помещают в холодильную камеру с температурой на 5-10оС ниже tн. Величина tн имеет значения порядка минус 1 минус 5оС для песков, минус 10 минус 15оС для суглинков, минус 20 25оС для глин. Образец выдерживают в холодильной камере после замерзания не менее 3 ч. Затем бюкс с грунтом помещают в среду с положительной температурой порядка 2-3оС. Подключив к датчику температуры измерительный прибор (милливольтметр), производят измерение температуры через равные промежутки времени (1-2 мин). После полного оттаивания образца грунта строят графики изменения во времени логарифма избыточной температуры образца и изменения во времени температуры образца. Из окончания прямолинейного участка графика изменения избыточной температуры опускают перпендикуляр до пересечения с осью времени, определив момент времени начала фазовых переходов (
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/920.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/920.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034110/920.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
![способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах, патент № 2034110](/images/patents/439/2034037/964.gif)
здание-мост - патент 2514081 (27.04.2014) | ![]() |
здание-мост - патент 2514075 (27.04.2014) | ![]() |
здание-мост - патент 2513231 (20.04.2014) | ![]() |
здание-мост - патент 2513230 (20.04.2014) | ![]() |
здание-мост - патент 2513229 (20.04.2014) | ![]() |
устройство для снижения поперечных колебаний пролетного строения мостов, вызванных ветровым воздействием - патент 2500852 (10.12.2013) | |
мост - патент 2485242 (20.06.2013) | |
пролетное строение железнодорожного моста - патент 2484196 (10.06.2013) | |
мост - патент 2471916 (10.01.2013) | |
мост - патент 2455417 (10.07.2012) |