Прибор для определения морозного пучения и водопроницаемости грунта при циклическом промерзании-оттаивании

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и предназначено для измерения деформаций морозного пучения, сжимаемости при оттаивании и коэффициента фильтрации при нескольких циклах промерзания-оттаивания в лабораторных условиях. Прибор содержит обойму для образца, штамп со штоком, поддон с водой, нагревательный элемент и теплоизоляционный кожух. Прибор дополнительно снабжен теплоизоляционной диафрагмой, плавающей на поверхности воды, и пористыми трубчатыми зондами, пропущенными через отверстия в штампе, а стенки обоймы выполнены перфорированными. Технический результат: возможность получения значения коэффициента фильтрации при циклическом промерзании-оттаивании, а также моделировать морозное пучение при подпитке водой по боковой поверхности образца. 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и предназначено для измерения деформаций морозного пучения, сжимаемости при оттаивании и коэффициента фильтрации при нескольких циклах промерзания-оттаивания в лабораторных условиях.

В гребне и низовых откосах дамб наблюдается многократное сезонное промерзание грунта. Если дамба сложена пучинистым грунтом, в слое сезонного промерзания формируется слоистая текстура с линзами льда, ориентированными параллельно фронту промерзания. При оттаивании грунта пустоты, оставшиеся на месте ледяных включений, способствуют фильтрации воды. Как указано в нормативных документах, после нескольких циклов промерзания-оттаивания плотность грунта, его противофильтрационные свойства значительно снижаются (п. 4.2.19, Рекомендации по проведению визуальных наблюдений и обследований на грунтовых плотинах. П72-200, ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, СПБ, 2000).

Испытание грунтов, предназначенных для размещения в зоне сезонного промерзания, проводят на нескольких образцах, подвергая их циклическому промерзанию-оттаиванию. После заданного числа циклов образцы испытывают в компрессионных и фильтрационных приборах. Заметим, что при определении коэффициента фильтрации поток воды через образец следует направить параллельно образовавшимся в нем линзам льда, в противном случае водопроницаемость будет значительно занижена. Выполнение этого условия в имеющихся приборах обычно затруднено.

Известны устройство и способ определения водопроницаемости грунта в полевых условиях ("In situ measurement apparatus and method of measuring soil permeability and fluid flow", Устройство и методика для определения проницаемости грунта в полевых условиях, US Patent, 09/061078, МПК G01N 15/08, 1998 - аналог). Устройство представляет собой трубчатый перфорированный зонд, вдоль которого размещены датчики давления. Подавая через зонд жидкость и измеряя с помощью датчиков давление, определяют коэффициент фильтрации грунта.

Недостатком данного устройства является сложная конструкция и потребность в специальном оборудовании для регистрации данных.

Известен также прибор для определения деформаций и сил морозного пучения грунта (RU №2011135148/15, МПК G01N 33/24, E02D 1/00, 2011 - аналог), включающий гильзу, собранную из колец, поддон, пористый вкладыш, поршень со штоком и установленной на нем морозильной камерой. Морозильная камера за счет вращательного движения вокруг штока перемещается вдоль образца вниз, обеспечивая нужную скорость перемещения фронта промерзания.

Недостатками прибора, имеющими существенное значение при проведении испытаний при нескольких циклах промерзания-оттаивания грунта, являются большая продолжительность оттаивания образца и отсутствие возможности испытания нескольких образцов в одном приборе. Кроме того, прибор не дает возможности моделировать процесс пучения грунта на гребне или откосе дамб при подтоке воды, направленном вдоль фронта промерзания.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является прибор для определения степени пучинистости грунта, включающий обойму для образца, штамп со штоком, поддон с водой, нагревательный элемент и теплоизоляционный кожух (ГОСТ 28622-2012 "Грунты. Метод лабораторного определения степени пучинистости", МНТКС, 2012, с. 19 - прототип).

Недостатком прибора является сложность выполнения п. 6.2 ГОСТ 28622-2012, требующего обеспечивать "промораживание образца с требуемой скоростью". Заданная скорость перемещения фронта промерзания обеспечивается за счет градиента температуры. В этом случае температура на верхнем торце образца должна изменяться в ходе промерзания образца, что можно выполнить при наличии нескольких датчиков температуры в образце и лишь управляя прибором с помощью компьютера. Кроме того, как и в предыдущей конструкции, прибор не позволяет моделировать процесс пучения грунта на гребне и откосе дамб при подтоке воды вдоль фронта промерзания, а оттаивание образца для определения сжимаемости внутри теплоизоляционного кожуха занимает много времени, что существенно увеличивает продолжительность эксперимента при циклическом промерзании-оттаивании.

Задачей изобретения является повышение надежности и информативности результатов испытаний за счет обеспечения заданной скорости промораживания образца с подачей воды вдоль фронта промерзания и возможности определения деформаций при промерзании-оттаивании и водопроницаемости образцов в ходе опыта.

Это достигается тем, что в приборе, включающем обойму для образца, штамп со штоком, поддон с водой, нагревательный элемент и теплоизоляционный кожух, на поверхности воды между обоймой и стенками поддона размещена теплоизоляционная диафрагма, через отверстия в штампе пропущены пористые трубчатые зонды, а стенки обоймы выполнены перфорированными.

Прибор иллюстрируется разрезом, представленным на фиг. 1.

Прибор содержит обойму 1 для образца грунта, собранную из отдельных колец. Стенки обоймы выполнены перфорированными. Обойма с образцом установлена в основание прибора 2 с перфорированным днищем 3. Основание 2 через стойки 4 опирается на дно поддона 5 с водой. Для подачи воды в поддон и слива ее служит патрубок 6 с краном. Стенки и дно поддона защищены слоем теплоизоляции 7.

На поверхность образца установлен штамп 8 со штоком 9, служащие для передачи усилия на образец грунта от нагрузочной рамы (не показана на чертеже). Через отверстия в штампе пропущены трубчатые пористые зонды 10 с присоединенными к ним трубками для подачи воды 11.

На поверхности воды в поддоне размещена диафрагма 12, представляющая собой диск из теплоизоляционного материала, через отверстие в котором проходит обойма 1 с образцом. На дне поддона размещены нагревательный элемент 13 и циркуляционный насос 14.

Работает устройство следующим образом. Образец исследуемого грунта помещают в обойму 1. Гильзу с образцом устанавливают в основание прибора 2 и размещают в поддоне 5 с водой. На поверхность воды опускают диафрагму 12 и устанавливают на верхний торец образца штамп 8 со штоком 9. Уровень воды в поддоне поднимают до верхнего торца образца. Собранный прибор помещают в холодильную камеру и выдерживают при температуре +1…+3°С для выравнивания температуры деталей прибора, грунта и воды. Заметим, что в один поддон может быть установлено несколько обойм с образцами.

С помощью нагрузочной рамы передают на шток заданное усилие (рама на чертеже не показана) и выжидают достижения заданного условия стабилизации деформаций осадки.

В холодильной камере задают отрицательную температуру, поддерживая температуру воды в поддоне 5 положительной с помощью нагревательного элемента 13. Насос 14 обеспечивает равенство температуры воды во всем объеме за счет циркуляции.

Начинают постепенно сливать воду через патрубок 6. При понижении уровня свободноплавающая на поверхности воды диафрагма 12 перемещается вниз, а образец, оказавшийся над диафрагмой, начинает промерзать. Необходимую скорость перемещения фронта промерзания обеспечивают, регулируя расход воды краном на патрубке 6.

Согласно ГОСТ 28622-2012 условием завершения эксперимента является промораживание образца высотой 150 мм на глубину 100 мм. Достигнув указанной глубины промерзания и определив с помощью нагрузочной рамы величину морозного пучения образца при заданной нагрузке, морозильную камеру отключают. Поднимают уровень воды в поддоне до верхнего торца образца и для ускорения оттаивания образца повышают ее температуру.

После завершения оттаивания замеряют осадку образца и приступают к новому циклу его промораживания.

После заданного числа циклов промерзания-оттаивания в образец внедряют один из зондов 10. Через трубку 11 подают в него воду и замеряют ее расход. Определив коэффициент фильтрации образца, снова выполняют несколько циклов промерзания-оттаивания образца и определяют его водопроницаемость с помощью зонда.

Тарировка зондов производится заблаговременно на образцах грунтов с известным коэффициентом фильтрации. Для чего определяется установившийся расход воды, в различных образцах грунта, и строятся зависимости расхода от коэффициента фильтрации, которые и используются в дальнейшем.

Заданная скорость перемещения фронта промерзания обеспечивается в приборе благодаря использованию диафрагмы из теплоизоляционного материала, перемещающейся вниз по мере слива воды из поддона. Применение обоймы с перфорированными стенками обеспечивает условия подачи влаги к фронту промерзания, идентичные телу дамбы. Подача теплой воды к стенкам обоймы существенно сокращает время оттаивания образца. Тем самым повышается надежность и информативность получаемых результатов лабораторных испытаний.

Прибор для определения морозного пучения и водопроницаемости грунта при циклическом промерзании-оттаивании, включающий обойму для образца, штамп со штоком, поддон с водой, нагревательный элемент и теплоизоляционный кожух, отличающийся тем, что он снабжен теплоизоляционной диафрагмой, плавающей на поверхности воды, и пористыми трубчатыми зондами, пропущенными через отверстия в штампе, а стенки обоймы выполнены перфорированными.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области инженерной геологии применительно к определению необходимых параметров грунта. Способ включает отбор образца грунта, взвешивание и определение его объема, высушивание и взвешивание высушенного образца, определение плотности и влажности образца грунта и расчет по полученным значениям плотности и влажности грунта, причем предварительно строят графики зависимости относительного содержания воздуха в грунте и степени заполнения пор талого грунта водой и мерзлого грунта льдом от влажности при различных постоянных значениях плотности грунта, причем расчет данных для построения графиков производят в двух точках - при нулевой суммарной влажности талого или мерзлого грунта и при нулевом относительном содержании воздуха в образце грунта из заданных соотношений для талых и мерзлых грунтов.
Изобретение относится к сфере космических исследований и технологий и может быть использовано для изучения вулканического состояния Марса. На Марсе осуществляют вскрытие бурением закупоренных фумарол.

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и может быть использовано в технике и технологии исследования физико-механических свойств грунтов в естественных условиях.

Изобретение относится к СВЧ-способу определения содержания физической глины и гумуса в почвах, Способ включает измерение показателя преломления почвы с влажностью, превышающей максимальное содержание связанной воды, образцы которой выдерживают в герметическом контейнере в течение 1-2 суток при комнатной температуре, измеряют показатель преломления на частотах f1=0,35 ГГц и f2=1,75 ГГц, находят разность показателей преломления Δn=n(f1)-n(f2), на частотах f1 и f2 одновременно измеряют и показатель поглощения, находят разность показателей поглощения Δκ=κ(f1)-κ(f2) и определяют массовую долю физической глины С в почве из соотношения: и массовую долю гумуса в почве из соотношения: где С - содержание физической глины в почве (в массовых долях); Δn - разность показателей преломления; Δκ - разность показателей поглощения; Н - содержание гумуса в почве (в массовых долях).

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к экологическому и технологическому мониторингу сельхозугодий. Способ включает определение места, частоты, длительности отбора проб почвы на исследуемой территории.

Группа изобретений относится к области анализа почв и может быть использована при оценке плодородия земель сельскохозяйственного использования. Способ автоматизированного прямого определения доступного растениям фосфора в углеаммонийной почвенной вытяжке, окрашенной гуминовыми соединениями, заключается в том, что производится одновременное двухканальное спектрофотометрирование и измерение оптической плотности гидравлических потоков в спектральном диапазоне 898-900 нм одной пробы полученного образца вытяжки на автоанализаторе проточного типа, причем в одном канале с добавлением реактивов для окрашивания фосфора, а в другом канале с добавлением реактивов без окрашивания фосфора.
Изобретение относится к способам измерения эрозионной опасности дождя. По слоям почвенного образца размещают группы меченых почвенных частиц.

Изобретение относится к техническим средствам измерений физико-механических свойств почвы, преимущественно для непрерывной регистрации твердости слоя почвы при основной обработке неоднородных почв, культивации и внесении удобрений и/или мелиорантов почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель внутреннего сгорания.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно агрохимическому картографированию почв. Для этого проводят выделение контуров по результатам дистанционного зондирования полей с последующим перенесением на карты землепользования.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для исследования сыпучих свойств геоматериалов. Устройство представляет собой сварную конструкцию башенного типа, устанавливаемую на верхней предварительно спланированной площадке отработанного карьера с обеспечением вертикальной устойчивости.

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и может быть использовано в технике и технологии исследования физико-механических свойств грунтов в естественных условиях.

Изобретение относится к геологии и может быть использовано при проектировании зданий и сооружений для определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах. Для этого осуществляют бурение скважин с отбором керна, оттаивают полученный образец замороженного грунта и определяют суммарное содержание влаги по непрерывному изменению информативного показателя в ходе оттаивания.

Изобретение относится к способам определения деформаций земной поверхности при отсутствии взаимной видимости между наблюдаемыми пунктами. Сущность: на изучаемой площади закладывают грунтовые реперы по наблюдательной линии, предварительно рассчитав ее длину.

Изобретение относится к строительству, а именно к испытанию грунтов методом статического зондирования в труднодоступных участках. Установка статического зондирования содержит винтовой механизм зондировочный и включает два или более винтовых валов с возможностью синхронного вращения, расположенных параллельно колонне зондировочных штанг, связанных общей подвижной траверсой для упора колонны зондировочных штанг.

Изобретение относится к области инженерной геологии, а именно к способам для определения влияния различных веществ на газообразующую способность грунтов в лабораторных и полевых условиях, и позволяет подобрать ингибиторы газообразования в грунтах.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» весомой среды в ее массиве и на краях откосов в естественном и нарушенном состоянии.

Изобретение относится к области «Физики контактного взаимодействия материальной среды», конкретно к способу определения несущей способности и устойчивости дисперсной среды под нагрузкой от плоского жесткого штампа.

Изобретение относится к области инженерных изысканий и предназначено, в частности, для определения характеристик деформируемости грунтового основания. Способ испытания грунтового основания штампом включает нагружение грунта в массиве давлением на подошве штампа до конечного давления и выдерживание при постоянном конечном давлении до стабилизации осадки штампа, регистрацию осадки штампа при нагружении и конечном давлении и определение характеристик деформируемости грунтового основания.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для отбора проб воздуха из грунта в местах подземных переходов магистральных газопроводов под водными и иными преградами, в местах расположения подземных газовых хранилищ, емкостей и т.д.

Изобретение относится к «Физике материального взаимодействия» при контакте твердого жесткого плоского тела штампа с полупространством деформируемой материальной среды в начале фазы ее предельно критического (провального разрушающего) по прочности и устойчивости состояния.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях и проектировании зданий и сооружений в области распространения многолетнемерзлых грунтов. Способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах включает оттаивание мерзлого грунта до температуры ниже установленной температуры начала его оттаивания, одновременную регистрацию температуры образца и времени, построение графика изменения во времени логарифма избыточной температуры, определяемой как разность между температурой образца и температурой среды, фиксирование по построенному графику времени и температуры начала оттаивания, построение графика изменения температуры образца во времени, по которому определяют время и температуру окончания оттаивания и расчет искомого количества незамерзшей воды из приведенной зависимости. Образец мерзлого грунта помещают в металлический сосуд с дном. После оттаивания насыщают водой до полного заполнения пор и измеряют начальную высоту образца. Оттаявший образец грунта замораживают ступенчато-возрастающей отрицательной температурой с выдержкой на каждой ступени до прекращения деформации образцаю. На каждой ступени температуры снимают показания индикатора деформации. Технический результат состоит в повышении точности измерения, обеспечении получения возможности определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах по водонасыщенным образцам, упрощении расчетов количества незамерзшей воды. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и предназначено для измерения деформаций морозного пучения, сжимаемости при оттаивании и коэффициента фильтрации при нескольких циклах промерзания-оттаивания в лабораторных условиях. Прибор содержит обойму для образца, штамп со штоком, поддон с водой, нагревательный элемент и теплоизоляционный кожух. Прибор дополнительно снабжен теплоизоляционной диафрагмой, плавающей на поверхности воды, и пористыми трубчатыми зондами, пропущенными через отверстия в штампе, а стенки обоймы выполнены перфорированными. Технический результат: возможность получения значения коэффициента фильтрации при циклическом промерзании-оттаивании, а также моделировать морозное пучение при подпитке водой по боковой поверхности образца. 1 ил.

Наверх