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

«Приходящие морозы механически задерживают дальнейшее продвижение воды и фиксируют ту картину ее залегания, какая наблюдается в последний момент перед замерзанием».

Специально поставленными опытами М. И. Сумгин * с исчерпывающей полнотой доказал факт миграции влаги в промерзающих грунтах, а не ее фиксации.

С. Тебер ** в опытах с замораживанием цилиндрических образцов глины также обнаружил значительную миграцию влаги к поверхности охлаждения, при этом после промерзания в верхней части образцов образовались значительные прослойки льда, а влажность образцов в нижней части уменьшилась в среднем с 25,5 до 16,8%. С. Тебер, на основе изучения процесса перераспределения влаги при замерзании грунтов, предложил разделять замерзающие системы на два класса: закрытые (или замкнутые), в которых происходит перераспределение имеющейся влаги, и открытые с наличием подтока воды извне. Это подразделение замерзающих грунтовых систем стало общепринятым.

В дальнейшем, в СССР многие исследователи посвятили свои работы изучению миграции влаги в промерзающих грунтах (А. Е. Федосов, А. П. Боженова, В. И. Морошкин, Н. В. Орнатский, С. Л. Бастамов, А. Я. Тулаев, Н. А. Пузаков, М. Н. Гольдштейн и др.). Отметим лишь результаты, наиболее существенные для дальнейшей разработки вопроса.

Так, А. Е. Федосов*** установил факт внутриобъемной усадки (компрессии) промерзающих глинистых грунтов и предложил принимать влажность агрегатов между прослойками льда равной нижнему пределу пластичности (влажности на границе раскатывания).

А. П. Боженова **** продолжила опыты М. И. Сумгина и С. Тебера и обнаружила различный эффект миграции воды в глинах и песках: глины увеличивали свою влажность в направлении к фронту промерзания (при средней влажности образца глины в 63,9% - верх образца после промораживания имел влажность 80,9%, а низ - 36,8%), тогда как среднезернистый песок наоборот, уменьшил влажность (с 18,6% для низа образца до 16,9% для верха при средней влажности в 17,37о).

Последний факт требовал разъяснения, так как практически было очень важно установить, происходит ли при искусственном промораживании песчаных грунтов скважинами накопление льда или отжатие воды и при каких условиях. Этот вопрос по заданию

* М. И. Сумгин. Физико-механические процессы во влажных н мерзлых грунтах в связи с образованием пучин на дорогах. Трансиздат, 1929.

** S. Та be г. The Mechanics of Frost Heaving. Journal of Geology, 1930, V. 38, № 4.

*** A. E. Федосов. Механические процессы в грунтах при замерзании в них жидкой фазы. Труды ИГН АН СССР, вып. 4, 1940.

**** А. П. Боженова. Некоторое развитие опытов Тебера по пучению грунтов. Труды ГИН АН СССР, вып. 22, 1940.

Комитета содействия строительству гидростанций СССР был подробно исследован автором *.

Было установлено, что в водонасыщенных песках при наличии хотя бы в одном направлении свободного оттока воды (дренирования) не происходит миграции воды к фронту промерзания, а наблюдается ее отжатие, вследствие чего пористость замороженных водонасыщенных песков остается практически неизменной (изменения меньше 0,2%). При отсутствии же дренажа, например в условиях всестороннего замораживания, наблюдалось увеличение пористости замороженного водонасыщенного песка в отдельных горизонтах до 4%.

Для дисперсных глинистых грунтов напор воды, возникающий при росте кристаллов льда, вследствие большого внутреннего сопротивления фильтрации погашается на очень небольшом расстоянии от фронта промерзания, но продолжает действовать кристал-лизационно-пленочный механизм миграции воды.

Изучению вопроса об основном механизме миграции и оценке значимости отдельных механизмов миграции воды в дисперсных грунтах при их промерзании была посвящена специальная работа, выполненная в лаборатории Института мерзлотоведения АН СССР под руководством автора **.

Эти исследования показали, что в процессе миграции влаги в промерзающих грунтах основное значение имеют адсорбционные силы минерального скелета, обсловливающие «кристаллизацион-но-пленочный механизм» передвижения влаги к фронту промерзания.

Для изучения миграции воды при промерзании грунтов различного гранулометрического состава *** были применены цилиндры, разделенные вертикальной нетеплопроводной перегородкой на две половины: в одну половину помещали исследуемый грунт; во вторую на различной высоте вставляли тонкие стеклянные трубки, засыпанные мелкой пробкой. В процессе промерзания водонасыщенных грунтов вода отжималась в стеклянные трубки, и объем мигрирующей воды мог быть замерен. Описанный опыт дал в буквальном смысле слова очевидное доказательство миграции воды в промерзающих дисперсных грунтах преимущественно в жидкой фазе. Кроме того, опыты показали, что вода в полностью водонасыщенных грунтах всегда мигрировала из крупнозернистых грунтов в более дисперсные также преимущественно в жидкой фазе. Для грунтов же неводонасыщенных, но влажных миграция воды в полной мере обусловливалась кристаллизационно-пленочным механизмом и передвижением ее в парообразном состоянии.

* Н. А. Цытович. Влияние условий замораживания на пористость водонасыщенных песков. «Вопросы геологии Азии», т. 2. Изд-во АН СССР, 1955.

А. П. Боженова и Ф. Г. Б а к у л и н. Экспериментальные исследования механизмов передвижения влаги в промерзающих грунтах. Сб. 3 «Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов». Изд-во АН СССР, 1957. *** См. сноску **** на стр. 62.

Опыты С. Л. Бастамова * показали, что при частичном заполнении пор грунта водой, особенно при W<W, миграция парообразной влаги имеет место как постоянное явление. Однако, хотя накопление влаги по направлению к охлаждаемой поверхности происходит весьма медленно (до 20-30 суток), оно может явиться причиной значительного увлажнения промерзающего неводонасы-щенного грунта.

Наконец приведем данные о миграции незамерзилей воды в мерзлых грунтах, что также вытекает и из опытов Г. Я. Близнина (1889 г.) **.

Послойные определения влажности в верхних слоях грунта в пп т январе и марте, произведенные в 30 ио 50 60 70 80 9 Юи Анадырской тундре И. А. Тютю-

новым показали,- что в верхних слоях общая влажность грунта Иобщ с января по март значительно увеличилась, а в нижнем >ое слое (на глубине 32-33 см) не-

lA сколько уменьшилась (рис. 26),

причем миграция воды в парообразном состоянии была здесь исключена вследствие пересыщения незамерзшего грунта водой. Рис. 26. Распределение влажности в Для другого места района верхнем слое мерзлого пылевато-или- Анадыря было ПОЛученО, ЧТО Об-стого суглинка по опытам Анадыр- влажность (по отношению К

скои научной станции АН СССР ПЫЛевато-ИЛИ-

стого суглинка на глубине 35 см от поверхности (равнялась: в декабре 25,97о; в январе 31,1 и в апреле 41,2%. Приведенные данные доказывают, что перераспределение влажности в мерзлом суглинке произошло главным образом за счет миграции незамерзшей воды.

Для проверки возможности миграции незамерзшей воды в мерзлых грунтах автором (1950 г.) был поставлен специальный лабораторный опыт: монолит мерзлого подмосковного суглинка более суток подвергался постоянному действию градиента отрицательных температур величиной около 1,7 град/см. Температура поверхности замороженного при -4,4° образца сильно увлажненного суглинка поддерживалась с одной стороны от -4,2 до -4,8°, с другой -от - 20,2 до -21,2°. Распределение влажности в образце грунта до его замораживания и через 31 ч после одностороннего действия температурного градиента приведено в табл. 6.

*С. Л. Бастамов. О промерзании почв. Сб. 12. Изд. Научно-исследовательского института НКПС, 1933. ** См. сноску * на стр. 61. *** И. А. Тютюнов. Миграция воды в торфяногелевой почве в периоды замерзания и замерзшего ее состояния в условиях неглубокого залегания вечной мерзлоты. Изд-во АН СССР, 1951.