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

могут обеспечить достаточную достоверность результатов инженерных расчетов.

Второй группой физических характеристик мерзлых грунтов являются показатели тепло- и массообмена (по А. В. Лыкову)*, а именно:

1) коэффициент температуропроводности

(1.11)

Рис. 22. Кривые изменения во времени влажности W и льдистости /о грунта в различные промежутки времени от начала промерзания (по опытам лаборатории Института мерзлотоведения, 1956 г.)

определяемый отдельно для мерзлого и немерзлого (талого) состояний грунтов с учетом фазовых превращений воды (здесь Х - коэффициент теплопроводности, ккал/м • ч • град; С - удельная теплоемкость, ккал/кг-град; значения Я и Су для мерзлых и талых грунтов приведены в табл. 10 СНиП П-Б.б-66); 2) коэффициент потенциалпроводности

(1.1Г)

определяемый также отдельно для талого и мерзлого грунтов (здесь V - коэффициент влагопроводности кг/м-ч-ед. потенц.\ с - удельная «влагоемкость» грунта в 1/ед. потенциала).

Значения коэффициента потенциалпроводности можно получить только путем постановки специальных опытов с построением

* 1. А. В. Лыков. Теория теплопроводности. Гостеориздат, 1954.

2. А. В. Лыко в. Явление переноса в капиллярно-пористых телах. Гостех-издат, 1954.

3. А. В. Лыков и Ю. А. Михайлов. Теория переноса энергии и вещества. Минск. Изд-во АН БССР, 1959.

кривых изменения влажности и льдистости грунтов по глубине в различные моменты времени после начала промерзания (рис. 22).

Для вычисления коэффициента потенциалпроводности а может служить выражение

а =

где АФ м -площадь, заключенная между двумя смежными кривыми распределения влажности (рис. 22, а) или льдистости

(рис. 22,6); т - число сечений; " -средний градиент

I x }

влажности за время от t до -fA, равный их среднему арифметическому значению.

Отметим, что знание величин коэффициентов температуропроводности а необходимо для прогноза глубины оттаивания вечномерзлых грунтов под отапливаемыми сооружениями, а коэффициента потенциалпроводности а -для расчетов миграции влаги при промерзании.

§ 7. Виды льда в мерзлых и вечномерзлых грунтах и его значение

Рассмотрим подробнее виды льда в мерзлых и вечномерзлых грунтах как основного компонента, определяющего их мерзлое состояние.

По классификации П. А. Шумского *, лед в мерзлых породах образуется тремя основными способами: 1) при промерзании увлажненных мерзлых пород -лонституционные льды; 2) при заполнении льдом полостей - жильные и повторно-жильные льды; 3) при погребении снега и льда - погребенные льды.

1. Конституционный лед имеет самое существенное значение для формирования структуры и текстуры мерзлых и вечномерзлых грунтов, являясь структурообразующим фактором для мерзлых грунтов.

Этот лед образует как внутрипоровый грунтовый лед, так и прослойки чистого льда, залегающие в толще промерзших грунтов.

Наблюдениями в природных условиях и специальными лабораторными опытами было установлено, что мощные прослойки и линзы льда в промерзающих грунтах образуются при длительной задержке границы промерзания на некотором уровне, когда оказывается достаточно времени, чтобы замерзнуть пленочной и капиллярной воде, медленно подтягиваемой к фронту промерзания. Такие условия наблюдаются, например, при оттепелях или при колеба-

* П. А. Ш у м с к и й. Основы структурного ледоведения. Изд-во АН СССР, 1955.

ниях границы промерзания в некоторой области грунта и наличии подпитывания его подтоком грунтовых вод.

Если же промерзание происходит весьма интенсивно при больших температурных градиентах, например при сильных морозах, то вода в дисперсных грунтах не успевает подтягиваться к фронту промерзания, что затрудняет возникновение сплошных прослойков и линз льда, и образуется лишь поровый лед, прочно скрепляющий минеральные частицы.

Если при образовании норового льда заметного раздвигания минерального скелета грунта не наблюдается, то такой лед носит название льда-цемента, в отличие от остальных, значительно больших образований льда, называемых льдом включений или, по Шум-скому, сегрегационным льдом.

Рис. 23. Основные виды криогенных текстур мерзлых грунтов:

а - слитная; б - слоистая; в - ячеистая

В зависимости от интенсивности промораживания (величины температурного градиента) и граничных условий - строго одностороннего (одномерная задача) промораживания или промораживания грунта с нескольких сторон, наличия подтока воды и задержек в продвижении границы промораживания или без них, в процессе промерзания грунтов формируется своеобразная криогенная (морозная) текстура мерзлых грунтов, существенно определяющая их свойства.

Различают по крайней мере три основных вида текстуры мерзлых грунтов (рис. 23): слитную (массивную), слоистую и ячеистую (сетчатую).

Слитная (массивная) криогенная структура мерзлых грунтов образуется лишь при быстром промораживании и характеризуется практически равномерным распределением кристаллов льда (норового льда) в мерзлом грунте. Мерзлые грунты массивной текстуры обладают наибольшим сопротивлением внешним силам в мерзлом состоянии и при оттаивании дают наименьшие осадки.

Мерзлые грунты слоистой и ячеистой текстур обладают меньшим механическим сопротивлением в мерзлом состоянии и дают наибольшие осадки при оттаивании, причем мерзлые грунты ячеистой (сетчатой) текстуры дают большие осадки при оттаивании по срав-