Свойства грунтов

Льдонасыщенность и характер распределения льда в разрезе многолетнемёрзлых пород во многом определяются условиями их промерзания. Лёд, распределённый в мёрзлой породе в виде различных по величине, в целом относительно небольших, но видимых глазом линз, пропластков, слоёв, зёрен и включений другой формы, а также заполняющий поры в породе (лёд-цемент), определяет криогенную текстуру.

Классифи

кация генетических типов подземных льдов приведена в табл.1.6 Таблица 1.6

Генетические типы подземных льдов.

В зависимости от заполнения пор льдом различают (Шумский, 1957) следующие виды льда цемента: контактный, находящийся в местах контакта частиц скелета; плёночный, обволакивающий поверхность частиц, оставляя часть пор незаполненными; поровый, заполняющий поры целиком; и базальный, образующий основную массу породы и разобщающий частицы минерального скелета.

Вода в жидкой фазе в мёрзлых грунтах, по крайней мере до температуры -70°С содержится в том или ином количестве. Вода бывает в двух состояниях: прочносвязанная поверхностью минеральных частиц, когда в следствие огромных электро - молекулярных сил, вода не в состоянии перейти в гексагональную кристаллическую решётку льда, даже при очень низких температурах.

Рыхлосвязанная вода переменного фазового состава, замерзающая при температурах ниже 0°С. Понижение температуры замерзания воды происходит в следствие того, что между слоем прочносвязанной и более "тёплой воды"существует энергетическая связь, что обусловливает более низкую температуру её кристаллизации.

Газообразные компоненты в мёрзлых грунтах могут играть в отдельных случаях существенную роль, так как они перемещаются от мест с большей упругостью к местам с меньшей упругостью, и в водо-насыщенных грунтах могут явиться причиной перераспределения влажности. Кроме того, газообразные компоненты претерпевают значительное сокращение в процессе понижения температуры, образуя вакуум обуславливающий миграцию влаги.

Характеристики физических свойств.

При оценке многолетнемёрзлых пород используются те же характеристики физико-механических свойств, что и для талых пород, а также, необходимы дополнительные характеристики, которые выражают специфику состава мёрзлых пород и особенностей их поведения под нагрузками. Общими характеристиками талых и мёрзлых грунтов являются:

Плотность - масса грунта в единице объёма.

r= m/V; [г/см3]

m-масса образца ненарушенной структуры;

V - объём грунта;

2. Плотность частиц грунта в единице объёма при плотной упаковке:

rs [ã/см3], определяемая с помощью пикнометра.

3. Плотность скелета грунта

rd; [г/см3]

определяемая, как масса частиц грунта в объёме ненарушенной структуры;

4. Пористость грунта, характеризуемая коэффициентом пористости:

e= (rs - rd ) / rd;

5. Суммарная относительная влажность:

Отношение массы воды к массе сухого грунта в единице объёма

Wс=m воды /m сух. гр.

6. Влажность на пределе раскатывания и на пределе текучести соответственно:

Wрас%, Wтек%

7. Число пластичности:

Jчисло пласт = Wтек% - Wрас%:

8. Степень водонасыщения:

Sr=Wс/Wп

Где Wп - полная влагоёмкость, равная влажности грунта, при полном заполнении пор водой.

К дополнительным характеристикам относятся:

1. Влажность за счёт незамёрзшей воды Wн (в долях единицы);

2. Льдистость мёрзлого грунта i, равная отношению массы льда к массе всей воды, содержащийся в мёрзлом грунте:

i = (Wc-Wн) /Wc;

3. Температура начала замерзания грунтовой влаги bf;

4. Засолённость грунта (Dsol), либо концентрация порового раствораCр:

Dsol=mсоли/mсух. грунта;

Ср=Dsol%/ (Dsol% +Wc%);

5. Заторфованность:

характеристика, равна отношению массы органического вещества к массе грунта в сухой навеске.

Im = mторфа/mсух. грунта

6. Относительная влажность Wс в мёрзлых грунтах рассматривается как сумма влажности за счёт включений льда (Wв), влажность минеральных прослоек грунта (Wг), равная сумме влажности за счёт льда цементирующего минеральные частицы (Wц) и влажности за счёт незамёрзшей воды (Wн).

Wc=Wв+Wг=Wв+ (Wц+Wн);

Важными характеристиками мёрзлых грунтов являются текстура и структура. В зависимости от интенсивности промораживания, наличия подтока воды и задержек в промораживании формируется текстура мёрзлых грунтов. Основными видами структуры грунтов являются слитная (массивная), слоистая и ячеистая (сетчатая). Также выделяют другие дополнительные виды структур.

Теплофизические характеристики.

Теплоперенос в горных породах в общем случае осуществляется тремя механизмами: излучением, конвекцией и кондуктивностью (теплопроводностью).

Теплофизические характеристики оценивают количественную долю тепла:

коэффициент теплопроводности - l, (Вт/м*К) - выражает количество тепла проходящее в единицу времени через единицу площади и единичную толщину слоя грунта.

удельная теплоёмкость - С, (Дж /кг*К) - выражает количество тепла, необходимое для нагревания или охлаждения единицы массы грунта на один градус.

объёмная теплоёмкость Соб (Дж/м3*К) выражает количество тепла, необходимое для нагревания или охлаждения единицы объёма грунта на один градус.

коэффициент температуропроводности а (м2/с) - выражает способность грунта изменят свою температуру, под воздействием изменившегося градиента температуры.

Между этими характеристиками существует зависимость:

l=Соб а;

Доля тепла переносимого в породе излучением, обычно, не превышает 1% от общего теплопотока поэтому радиационным теплопереносом пренебрегают, а доля конвективной составляющей учитывается лишь при влагопереносе под действием гидростатических сил.

Значения всех теплофизических характеристик зависят от вида грунта, его составных компонентов, как минерального, так и гранулометрического состава и основных физических свойств: плотности и влажности; а также состояния грунта: талого или мёрзлого. Обычно коэффициент теплопроводности мёрзлых грунтов в 1.1-1.5 раза больше коэффициента теплопроводности грунтов в талом состоянии, что связано с большей теплопроводностью льда, по сравнению с незамёрзшей водой. Объёмная теплоёмкость грунтов при промерзании стремится к бесконечно большому значению, в связи с затратами тепла на фазовые переходы влаги.

 Скачать реферат