Установки и методики исследования характеристик массопереноса и пучения при промерзании грунтов

В данной работе описаны методы экспериментальных исследований характеристик морозного пучения грунтов в соответствии с разработанными математическими моделями авторов. На предварительной стадии исследования на образцах сравнительно малого размера в закрытой системе влагообмена предлагается оперативно определять влияние температурного режима, влажности, плотности и наличия в поровом растворе солей на основную характеристику переноса влаги при промерзании грунтов – коэффициент термовлагопроводности мерзлой зоны Км. Использование этого коэффициента, численно равного потоку влаги из талой зоны в мерзлую при единичном градиенте температуры, позволяет с учетом динамики температурного поля в промерзающем грунте рассчитать перераспределение влаги и величину морозного пучения.
Следующая стадия исследований проводится на установке с открытой системой влагообмена на цилиндрических образцах, диаметр и высота которых составляют 100 мм. Указанное соотношение размеров при хорошей боковой теплоизоляции обеспечивает их одномерное промерзание. Созданная установка позволяет реализовать различные варианты исследований характеристик массопереноса и морозного пучения, а также максимального давления пучения в зависимости от температуры на охлаждаемой поверхности и условий подпитки образца влагой или раствором соли.

1. Втюрина, Е. А. Льдообразование в горных породах / Е. А. Втюрина, Б. И. Втюрин. – М. : Наука, 1970. – 279 с.

2. Гречищев, С. Е. Криогенные физико-геологические процессы и их прогноз / С. Е. Гречищев, Л. В. Чистотинов, Ю. Л. Шур. – М. : Недра, 1980. – 382 с.

3. Дерягин, Б. В. Термокристаллизационный перенос влаги в промерзающих пористых телах / Б. В. Дерягин, Н. В. Чураев // Тепломассообмен. – 1980. – Т. 7. – С. 3–10.

4. Дерягин, Б. В. Течение незамерзающих прослоек воды и морозное разрушение пористых тел / Б. В. Дерягин, Н. В. Чураев // Коллоидный журнал. – 1980. – Т. 42, № 5.– С. 842–852.

5. Ершов, Э. Д. Экспериментальное исследование влагопереноса в грунтах при их промерзании в условиях «открытой» и «закрытой» системы / Э. Д. Ершов, В. Г. Чеверев, Ю. П. Лебеденко // Мерзлотные исследования. – М. : Изд-во Москов. ун-та, 1978. – Вып. 17. – С. 197–206.

6. Комаров, И. А. Термодинамика и тепломассообмен в дисперсных мерзлых породах / И. А. Комаров. – М. : Научный мир, 2003. – 608 с.

7. Кудрявцев, С. А. Численное моделирование процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания грунтов / С. А. Кудрявцев // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 2004. – № 5. – С. 21–26.

8. Орлов, В. О. Морозное пучение промерзающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений / В. О. Орлов, Ю. Д. Дубнов, Н. Д. Меренков. – Л. : Cтройиздат, Ленинград. отд., 1977. – 183 с.

9. Пермяков, П. П. Идентификация параметров математической модели тепловлагопереноса в мерзлых грунтах / П. П. Пермяков. – Новосибирск : Наука, 1989. – 84 с.

10. Чеверев, В. Г. Природа криогенных свойств грунтов / В. Г. Чеверев. – М. : Научный мир, 2004. – 234 с.

11. Бровка, Г. П. Математические модели и методы экспериментального исследования процессов тепломассопереноса и пучения при промерзании грунтов / Г. П. Бровка, К. А. Агутин, А. А. Мурашко // Инженерная геология. – 2021. – Т. ХVI, № 4. – С. 62–71.

12. Бровка, Г. П. Тепло- и массоперенос в природных дисперсных системах при промерзании / Г. П. Бровка. – Минск : Навука i тэхнiка, 1991. – 189 с.

13. Бровка, Г. П. Взаимосвязанные процессы тепло- и массопереноса в природных дисперсных средах / Г. П. Бровка. – Минск : Беларус. навука, 2011. – 362 с.

14. Бровка, Г. П. Методологические вопросы исследования и прогнозирования морозного пучения грунтов / Г. П. Бровка, И. В. Дедюля, К. А. Агутин // Инженерно-геологические задачи современности и методы их решения : материалы науч.-практ. конф., г. Москва, 13–14 апр. 2017 г. – М., 2017. – С. 178–185.