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

Н-каолин Za-каолин

Влажность, % 60 с 801602i0320m so о 80 №0 240

Ы

g еоЩ

!...

ео-% г

20-Ш 0

u-каолин 40 0 80 W0

SO 40]

го о-

к-каолин ШО iO

Рис. 28. Изменение высоты и влажности образцов каолина после промерзания:

i - до промерзания; 2 - после промерзания

М-с/сканеель Влажность, % т 80 О 60 160320

7~ Са-аскангель

80 О 80 160 На-асионгель \{-аска.нгель

2016080 О 80 16020 80 О 80

60 40

Рис. 29. Изменение высоты и влажности в опытах по промораживанию

аскагеля:

/ - яс прсмерзания; j? «-поспи промерзания

/7, /(Г/см

тутп 1 и и t и и п t и и и Н f и i п и и

. • [рамица промерзания

• Уробень грунтодых дод

Рис. 30. Схематический разрез промерзающего грунта

§ 3. Движущие силы миграции воды

Подведем кратко итог чисто экспериментально установленным фактам, определяющим миграцию воды в промерзающих грунтах и обусловливающим протекание ее во времени.

Прежде всего отметим, что миграция воды в промерзающих и мерзлых грунтах может протекать в трех физических состояниях: парообразном, жидком и твердом.

Последний вид миграции воды, т. е. миграция в твердом состоянии (в виде льда), по-видимому, может иметь место лишь как результат чисто пластических течений льда. Однако «миграция» (точнее перераспределение льда путем перехода его в воду и последующего безнромедлительного замерзания) наблюдалась в мерзлых и вечномерзлых грунтах под действием лишь внешней нагрузки (опыты С. С. Вялова и др. в Игарке) *, а в природных условиях может проявляться в льдонасыщенных нижних толщах вечномерзлых грунтов, испытывающих значительные давления от веса вышележащих слоев грунта. Действительно, как показывают соответствующие расчеты, в точках контакта минеральных частиц и льда возникают значительной величины местные напряжения (давления), которые могут вызвать пластические течения льда, т. е. обусловить его перераспределение в мерзлых и вечномерзлых грунтах. Для промерзающих же грунтов это явление не типично и нами здесь лишь отмечается.

Миграция воды в жидком и парообразном виде имеет место преимущественно в промерзающих грунтах.

Миграция в парообразном состоянии, как отмечалось ранее, имеет значение для грунтов с малой степенью надонасыщения, когда поры лишь частично заполнены водой, что было подробно исследовано А. Ф. Лебедевым ** для немерзлых грунтов, но выводы из этих исследований в полной мере можно применить и для нево-донасыщенных замерзающих грунтов. Лебедев соответствующими опытами доказал, что миграция воды во влажных, неводонасыщен-ных почвах и грунтах обусловливается перемещением водяного пара от мест с большей его упругостью к местам с меньшей упругостью. При незначительной влажности грунта (меньшей максимальной гигроскопичности) влага может передвигаться только в парообразном состоянии.

Условия передвижения влаги в замерзающих грунтах отличаются от условий передвижения ее в грунтах немерзлых, во-первых, тем, что в замерзающих грунтах пары воды не только конденсируются в жидкость, но и превращаются непосредственно в лед, увеличивая льдистость грунта у фронта промерзания, во-вторых, тем, что миграция паров может происходить и при одной и той же температуре, так как упругость паров льда меньше упругости паров

* С. С. Вялов. Реологические свойства и несущая способность мерзлых грунтов. Изд-во АН СССР, 1959.

** А. Ф. Лебедев. Передвижение воды в почвах и грунтах. «Известия Донского сельскохозяйственного института», т. 3, 1919.

воды. Скорость миграции парообразной влаги пропорциональна разности давления пара в рассматриваемых точках грунта, что (по формуле Клаузиуса - Клапейрона) зависит, в первую очередь, от абсолютной температуры пара.

Миграция пара, имея определенное значение для неводонасы-щенных грунтов, не является определяющим фактором в грунтах водонасыщенных, где, как показано было ранее, основной фазой мигрирующей воды будет жидкая фаза.

Обобщая вышеописанные результаты экспериментальных работ по исследованию миграции влаги в промерзающих грунтах, перечислим основные установленные факты.

1. Во всех случаях (за весьма малым исключением условий резкого промерзания при весьма низких температурах - ниже -70°) установлен факт миграции влаги, а не ее фиксации (М. И. Сумгин и др.).

2. При промерзании дисперсных глинистых грунтов наблюдается внутриобъемная их усадка (консолидация) и агрегирование грунта между прослойками льда (А. Е. Федосов, М. Н. Гольдштейн, А. М. Пчелинцев и др.).

3. Установлен различный эффект миграции при промерзании крупнозернистых песков - отжатие воды от фронта промерзания, и дисперсных глинистых грунтов - приток воды и увеличение льдо-содержания у фронта промерзания (А. П. Боженова, Н. А. Цытович и др.).

4. Доказан ритмичный и скачкообразный характер льдовыделения и пучения грунтов как в лабораторных, так и в полевых условиях (Р. Мартин, А. М. Пчелинцев и др.).

5. Определен различный характер перераспределения влажности и льдонакопления в закрытых и открытых системах, причем наибольшее льдовыделение (часто достигающее у дисперсных глинистых грунтов соответствующего состава десятков и сотен процентов) имеет место в открытых системах, а в системах закрытых наблюдается перераспределение влажности и льдистости грунтов с возрастанием их к поверхности охлаждения и с обезвоживанием горизонтов грунта, отстоящих на некотором расстоянии от поверхности фронта промерзания.

6. Обнаружен и экспериментально доказан факт миграции незамерзшей воды как в промерзающих, так и в мерзлых грунтах (И. А. Тютюнов, Н. А. Цытович, А. А. Ананян и др.).

7. Установлено, что миграция воды в промерзающих грунтах происходит преимущественно в жидкой фазе в виде пленок (А. П. Боженова и др.).

8. Доказано значительное влияние на интенсивность миграции воды и величину пучения дисперсных грунтов природы обменных катионов, причем наибольшее льдовыделение наблюдается при насыщении многовалентными катионами, а наименьшее -в случае одновалентных катионов (3. А. Нерсесова и др.).

9. Миграция влаги в промерзающих грунтах во всех фазах воды (газообразной, жидкой и твердой) может иметь место лишь при