Устройство для моделирования промерзания грунта

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1415186 (51) 4 С 01 N 33/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

+gQ ?is0о 1а ру;., С:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4185292/29-33 (22) 2! . 01.8 7 (46) 07.08.88. Бюл. № 29 (72) В.Н.Бойко, С.А.Усанов и Э.И.Шептинский (53) 624.403.9(088.8,) (56) Авторское свидетельство СССР № 779880, кл. С 01 N 33/24, 1980 °

Авторское свйдетельство СССР № 1124225, кл. G 01 N 33/24, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТА (57) Изобретение относится к области исследований физико-механических процессов в мерзлых горных породах. Цель. повышение точности управления температурным полем в образцах грунта.

Устройство состоит из контейнеров 1 высотой Н и шириной 2r 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 у, ГЙ + r . Благодаря радиальному размещению контейнеров и близким теплофизическим свойствам теплоизоляционного слоя и грунта автоматически обеспечивается равенство температур на внутренних и внешних а

Ю поверхностях стенок контейнеров и ско- ростей промерзания. 2 ил.

1415186

ЛЕ ЬŠ— — c J

d 2r

Z R R1

1+4 3 2 (Z) = R — — --- r

4d

Изобретение относится к области. исследований физико-механических процессов в мерзлых горных породах.

Делью изобретения является повыше5 ние точности управления температурным олем в .образцах грунта.

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

Устройство состоит иэ контейнеров

1 с открытыми торцами и теплообмеиников 2 и 3, установленных на их тор; цах. Теплоиэоляционный слой 4 выпол, нен в форме полусферы.

Верхний теплообменник 2 перекрыва-15

,ет торцы контейнеров и сферическую по верхность теплоиэоляционного слоя 4. Внутри контейнеров установлены прибо ры 5 для измерения температуры. Воэ, духоводами 6 и 7 теплообменМик 2 сое- Zp

: динен с холодильной камерой. Аналогично воздуховодами 8 и 9 соединен с второй холодильной камерой теппообменник 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 тепло- 30 обменник 2 подают воздух иэ холодиль. ной 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 торцевых поверхностей образцов и сферической поверхности теплоизоляционного слоя 4 контейнеров 1 при промора- 4 живании. Создаваемый температурный режим в теплообменниках контролируют с помощью датчиков 10 температуры.

Аналогичным образом в теплообменнике

3 обеспечивают температурный режим на подошве слоя промерэания грунта.

После промерзания образцов грунта на глубину (Z), фиксируемую с помощью датчиков 5 температуры, испыта-, ние заканчивают ° Благодаря одинакоHblM теплофизическим свойствам испытуе50 мого грунта и теплоиэоляционного слоя 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 которой искривлением иэотерм можно пре-. небречь, определяется из условия где d Z — разность уровней с одинаКоНоА температурой на оси и, боковой поверхности образцов грунта;

d — диаметр (ширина) образцов, Расчетная схема Ь7. с R „— Н .

Так как H = П вЂ” г а макснмаль1 ное значение Ь7. = 2с r, то

1+4с/

Отсюда R i

4g

При испытаниях образец грунта промораживают на величину

Следовательно, максимально допустимое значение Z принимается м

Так, при точности измерения температуры 0,05ОС (Е) = R — 5,05r, 1 что для контейнера высотой Н 30 см и радиусом r 4 см составляет:

R g 30,3 см; Z = 10,1 см. Благодаря возможности расположе- ния контейнеров под любым углом к направлению действия силы тяжести устройство позволяет изучать влияние гравитации 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 изобр етения

Устройство для моделирования промер зания грунта, с одержащее контейнеры с открытыми торцами и теплоизоля6

4 крывает верхние торцы контейнеров и сферическую поверхность теплоизоляционного слоя, при этом геометрические размеры устройства удовлетворяют условию э 141518 ционным слоем по боковым пов pxнoc— тям, верхний и нижний теплообменники для охлаждения и подогрева торцовых поверхностей грунта и прибора для из5 мерения температуры грунта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности управления температурным полем в образцах грунта, теплоиэоляцнонный слой контейнеров вы- 1О полнен в форме полусферы из материала с теплофизическими свойствами, аналогичными образцам грунта, оси контейнеров совмещены с радиусами полусферы, а верхний теплообменник пере- 15

Е Гй2 r2 где R — радиус сферической поверхности теплоизоляционного слоя;

Н вЂ” высота контейнеров;

r — половина ширины контейнеров.

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

Корректор Н Король

Подписное

Заказ 3871/43

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ь» о 1

Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4