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

ределенк. Кроме того, величина (Я-g), входящая в формулу (11.70» переменная, зависящая от ряда факторов. Все изложенное нозво-* ляет заметить, что решение поставленной задачи на базе теории сил всасывания и уравнения Дарси не является строгим.

Н. А. Пузаков*, принимая за движущие силы миграции «силы всасывания», зависящие от адсорбционных свойств грунтов и кристаллизационных сил льда (в свою очередь, зависящих от градиента отрицательной температуры), и считая далее, что ход промерзания грунтов во времени в естественных условиях изменяется по параболической кривой, а величина внешнего давления сказывается лишь на величине критической глубины промерзания кр, на которой прекращается избыточное льдовыделение, получил следующее выражение для дебита миграции воды Qt в промерзающих грунтах:

Q-l2,3Hlg---k], (II.8)

где = У2р2 -переменная глубина сезонного промерзания за время t, которое может меняться от нуля до времени /кр, соответствующего критической глубине промерзания 5кр, т. е. до Kp = 5W2p (Р = = тах/2/зим - климатический коэффициент, причем зим - длительность зимы в рассматриваемом районе).

Приближенные выражения (П.70 и (П.8) могут служить только для ориентировочных расчетов.

Более обоснованным, по нашему мнению, является принятие за движущую силу мнпрации для дисперсных грунтов потенциалтер-мовлагопроводности с использованием теории тепло- и массопе-реноса капиллярно-пористых коллоидных сред А. В. Лыкова.

В общем виде уравнение тепло- и массопереноса А. В. Лыкова имеет следующий вид:

= V {a4W +aave) + x() , (П.9)

где a - коэффициент потенциалпроводности (пленочной влагопро-водности); а -термоградиентный коэффициент; % -критерий фазового перехода.

Пренебрегая далее составляющими потока влаги, возникающими под влиянием градиента температуры (из-за малости величин по сравнению с другими составляющими) и критерием фазовых переходов [последнее слагаемое правой части уравнения (П.9)], что дает погрешность не более 3-47о, Г. М. Фельдман** приходит к следующему более простому уравнению потенциалпроводности (влагопроводности), которое и решается им для определения миграционного потока воды в промерзающих грунтах:

* Н. А. Пузаков. Теоретические основы накопления влаги в дорожном полотне и их практическое применение. Дориздат, 1948.

** Г. В. П о р X а е в, Г. М. Ф е л ь д м а и и др. Теплофизика промерзающих и протаивающих грунтов, гл. II. Изд-во «Наука», 1964.

-;V(aV\n / (".10)

Это уравнение при постоянной по глубине начальной/влажности грунта 10, а следовательно, и постоянном коэффициен/е влагопроводности (потенциалпроводности) а принимает следуЬщий вид:

-=а. (11.11)

Рассматривая, далее, ритмическое скачкообразное движение фронта льдовыделения при промерзании грунтов (что, согласно наблюдениям, соответствует природным условиям) при постоянной начальной влажности подстилающих промерзающий слой грунтов и принимая за критическую влажность, при которой не происходит миграции воды, влажность на границе раскатывания (что ведет к некоторому запасу), Г. М. Фельдман численно решил дифференциальное уравнение (11.11) и представил решение для случая открытой системы (в зоне постоянного миграционного потока) в следующем виде:

миг = Л + Л, (11.12)

Амиг -поток миграции воды, кг1мР--ч или мм вод, ст./ч;1 - переменная глубина промерзания.

Расчет миграционного потока (определение коэффициентов А и В) производится для граничных условий:

W{x, 0) = Wo -начальной влажности грунтов; \(g, /)=Wa - количеству незамерзшей воды на границе промерзания; W{H t) = = Wq - начальной влажности грунтов; l = f{t) -ритмическая функция глубины промерзания g от t.

При отмеченных ранее предпосылках и допущениях на гидроинтеграторе системы В. С. Лукьянова методом гидравлических аналогий были просчитаны три основных случая: 1) открытая система - зона постоянного миграционного потока; 2) зона влияния грунтовых вод и 3) закрытая система.

В первом случае миграционный поток будет пропорционален величинам

W==Wo-W, и Тек,

где Wi - значение влажности, соответствующее количеству незамерзшей воды у фронта льдовыделения (так как Wiycu равно объемной влажности грунта), и учитывая, что не вся вода участвует в процессе миграции, а лишь избыточная по отношению к влажности грунта на границе пластичности W, с помощью гидроинтегратора получены следующие численные выражения для коэффициентов А и В уравнения (П.12):

Л = 5,85. Ю-Тск (0- 0 (0,34 + 670а0;

В = 1,83текW,)(0,34 + 670а0-(\р-W,) Уек-

пределы применимости значений коэффициентов А и В формулы (II.I2Y по данным моделирования процесса миграции на гидро-интегратое, следующие:

0,12-10-4<а<3-10-4 m2j

0,35.10-3<rf$/rf/<3.10-3

Указанныешределы довольно широки и включают диапазоны изменения коэффициента потенциалпроводности и скорости промерзания пылеватых\ грунтов, обычно наблюдаемые в естественных условиях при их промерзании.

Точно так же были получены численные значения потоков миграции и для двух других случаев.

Принимая величину криогенного пучения слоя грунта равной суммарной мощности в нем прослойков льда, получим

K=h09J q,,dL (11.13)

Тогда, по Фельдману, будем иметь величины пучения:

1) для открытой системы (в зоне постоянного миграционного потока)

/гпд-1,09(5,85.10-Чск(Мо -МОХ X(0,34 + 670a0 + [(0,34-f67Oa0X Х1,83тек(Ио-"е)-(1р--МОТск]Х Хщи\ (11.140

О/ Ofi Qfi 0,8 1 1,2 /4 1,6 1,8 2 2,2 2

Рис. 31. Зависимость мощности зоны влияния грунтовых вод /?кр от коэффициента потенциалпроводности а-10-4 м1ч для различной скорости промерзания грунтов t;

2) для зоны влияния грунтовых вод

(/?кр -k)(108/a.104-f70) "" dt

где D = 108/а. 104 -l 70) /?кр - 6 ~ К( 108/а. 10+70) 6;

ак - расстояние между фронтом льдовыделения и уровнем грунтовых вод к концу периода промерзания; 7?кр - мощность зоны влияния грунтовых вод, зависящая от скорости промерзания грунта Щ м/ч и величины коэффициента потенциалпроводности грунта а м/ч, определяемая по графику Фельдмана (рис. 31), построенного по результатам моделирования процесса миграции на гидроинтеграторе;