Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148

тость мерзлого грунта. Кроме того, есть и другие, часто значительно меньшие влияния, например, миграция пленочной воды в мерзлых грунтах, время промораживания немерзлых грунтов и т. п. Влияние миграции пленочной воды на изменения содержания незамерзшей воды в мерзлом грунте следует учитывать лишь в случае, когда грунт подвергается весьма длительное время значительным температурным градиентам, так как пленочная миграция является процессом весьма медленным.

Температура мерзлого грунта. Как было показано в предыдущем параграфе, чем ниже температура, тем меньше будет содержать грунт незамерзшей воды и тем большую будет иметь льди-стость. Так, например, по ранее опубликованным нами опытам, подмосковный покровный суглинок (с влажностью около 30%) при температуре-1,6° С содержал 74% незамерзшей водьГ (и соответственно льдонасыщенность имел 26%); при температуре же -17,4° С содержание незамерзшей воды было равным 57,4% (и соответственно льдонасыщенность - 42,6%). Точно так же среднезернистый песок при температуре -0,5° С содержал всего 2% незамерзшей воды, а при температуре-10°Столько менее0,2%) (по отношению к весу сухого грунта).

Не останавливаясь подробно на аналогичных данных, отметим лишь, что все наши опыты и опыты последующих многочисленных исследователей показывают, что содержание незамерзшей воды и льда в мерзлых грунтах изменяется в зависимости от величины отрицательной температуры мерзлых грунтов по определенной для каждого типа грунта криволинейной закономерности (см., например, рис. 19).

Однако при понижении отрицательной температуры не только уменьшается количество содержащейся в грунте незамерзшей воды, но и изменяется ее состав, так как при понижении отрицательной температуры количество льда в мерзлом грунте увеличивается за счет присоединения к кристаллам льда молекул чистой воды, что увеличивает концентрацию солей в незамерзшей воде и еще более понижает температуру ее замерзания. При понижении температуры изменяются также и физические свойства незамерзшей воды, например увеличивается ее вязкость. Так, по данным Дорсея, при температуре -2° С вязкость воды равна 1,91 пз, при -5° - уже 2,14 и при -10°-2,60 пз; при температуре же +20° С вязкость воды равна единице.

Все изложенное показывает, что при понижении отрицательной температуры изменяется как количество незамерзшей воды в мерзлом грунте, так и ее состав и свойства.

При всяком повышении отрицательной температуры, как показано автором *, в любых мерзлых грунтах лед частично тает, даже в области отрицательных температур.

* Н. А. Цытович. О незамерзающей воде в рыхлых горных породах. Изд-во АН СССР. Серия геологическая, № д», 1947.

к таким же результатам приводят и данные Юнга * по исследованию гистерезиса содержания воды в глинистом грунте при его заморал<ивании и оттаивании. Исследованная им глина при 0 С вообще не замерзала, а при понижении температуры до -19° С в зависимости от влажности содержала замерзшей воды от 35,04 (при общей влажности в 13,3%) до 89,487о (при общей влажности в 33,1%) от всей воды. При оттаивании же наблюдалось почти полное совпадение кривой изменения льдистости мерзлой глины с кривой при замораживании, т. е. опыты показали, что поровый лед частично оттаивает при повышении отрицательной температуры и в области отрицательных температур.

Вопрос о таянии льда в грунтах при отрицательных температурах подробно исследовался в Институте мерзлотоведения им. В. А. Обручева АН СССР 3. А. Нерсесовой **.

В табл. 3 приведены результаты опытов 3. А. Нерсесовой по определению льдистости i (равной отношению веса льда к весу всей воды, содержащейся в мерзлом грунте) для трех типичных грунтов, а на рис. 21 эти данные изображены в виде графиков.

Таблица 3

Изменение относительной льдистости при замерзании и оттаивании грунтов

Примечание. об"~ отношение веса воды к весу всего грунта (на сырую навеску).

Данные табл. 3 и рис. 21 не только подтверждают ранее установленный факт таяния льда в мерзлых грунтах в области повышения отрицательных температур, но и показывают на разный характер изменения льдистости в процессе повышения отрицательной температуры до температуры полного оттаивания. Так в песке, где практически вся вода свободная, оттаивание в области отрицательных температур практически не наблюдается (рис. 21); в суглинке

* Н. А. Цытович. Принципы механики мерзлых грунтов. Изд-во АН СССР, 1952.

3. А. Нерсесова. О таянии льда в грунтах при отрицательных температурах. Доклады АН СССР, т. XXIX, 1951, № 3.

42 й д\

Отаивание норового льда начинается примерно с -2° и заканчивается при 0°С; в глине (остаток водной вытяжки которой составлял 1,4%, что указывает на некоторое ее засоление) таяние льда начиналосьлишьпри-3°, апри-0,3°Сглина оттаивала полностью.

Таким образом, льдистость мерзлых грунтов и содержание в них незамерзшей воды находятся в динамическом равновесии с действующей отрицательной температурой.

Отметим также, что аналогичные данные о частичном оттаивании норового льда при повышении температуры в области отрицательных температур были получены и для грунтов естественной ненарушенной структуры. Как отмечалось ранее, температура начала замерзания и оттаивания мерзлых грунтов зависит от вели- (-чины начального температурного градиента, т. е. и содержание не- qq замерзшей воды в данный момент времени также может зависеть от действующего температурного градиента.

Внешнее давление, как отме-чалось ранее, может сказаться на содержании незамерзшей воды н мерзлых грунтах. Для установления факта влияния внешнего давления на содержание незамерзшей воды автором было поставлено несколько специальных опытов.

Два совершенно одинаковых образца дисперсного глинистого грунта компрессионно уплотнялись до полного прекращения осадки при данной нагрузке и затем вносились для замораживания в холодильную камеру, причем, один из образцов замораживался свободно (без нагрузки), а другой - под давлением той же величины, при котором он был уплотнен.

Результаты этих опытов (табл. 4) указывают, что внешнее давление существенно влияет на увеличение содержания незамерзшей воды в мерзлых грунтах, причем, это влияние будет тем больше, чем под большим давлением был заморожен грунт. При очень плотных дисперсных глинистых грунтах, содержащих воду только в виде тонких пленок и незначительное количество свободной воды, влияние внешнего давления будет сказываться значительно меньше, так как слои пленочной (рыхлосвязанной и связанной) воды могут испытывать столь большие электромолекулярные притяжения со стороны поверхности минеральных частиц, что действие внешнего давления может оказаться недостаточным, чтобы их преодолеть.

Приведенные экспериментальные данные показывают, что даже при низкой температуре внешнее давление сказывается на содержании незамерзшей воды (а следовательно, и льдистости) мерзлого грунта.

Рис. 21. Изменение льдистости грунтов при замерзании и оттаивании: / - песок; 2 - суглинок; 3 - глина; • - замерзание;---

- оттаивание