Способ определения ветви увлажнения капиллярно-сорбционного потенциала почвогрунтов

 

Использование для определения водно-физических характеристик почвогрунтов, а именно капиллярно-сорбционного потенциала используемого для расчета скорости капиллярного потока воды Сущность изобретенияпо способу для повышения производительности за счет сокращения периода проведения опытов одновременно осуществляют определение равновесной эпюры влажности (Qp) при увлажнении грунта Qp(H) и при его иссушении Qp(P), где Н - высота точки над зеркалом воды; Р - газовое давление При этом увлажнение грунта производят в колонке высотой не менее половины высоты капиллярного поднятия, а иссушение грунта --методом капилляриметра. После построения эпюры влажности QP(H) в измеренном диапазоне влажности определяют значение отношения Ј Н/Р, строят зависимость с (Qp) и экстраполируют ее до границы расчетного диапазона влажности . Рассчитывают ряд значений Н и достраивают верхнюю часть равновесной эпюры влажности при увлажнении, получая в результате ветвь увлажнения капиллярносорбционного потенциала для всего расчетного диапазона влажности. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 N 33/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И. ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ:

1 (21) 4881817/33 (22) 12,11,90 (46) 15,08;92, Бюл. М 30 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им, А.Н.Костякова (72) Е,А.Макарычева (56) Гречин И.П, и др. Практикум по почвове- . дению. M. Колос, 1964, с, 203, Методика кОмплексных исследований на орошаемых опытных участках для определения водно-физических и гидрохимических характеристик почв и груйтов. M,:

ВНИИГИМ, 1987, с, 56 — 62, с. 63-65.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕТВИ УВЛАЖНЕНИЯЯ КАПИЛЛЯРНО-СОРБЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОЧВОГРУНТОВ (57) Использование: для определению Водно-физических характеристик почвогрунтов, а именно капиллярно-сорбционного потенциала, используемого для расчеТа скорости капиллярного потока воды; Сущность изобретения: по способу для повышения

Изобретение относится к способам oriределения водно-физических характеристик, в частности капиллярно-сорбционного потенциала, используемого в моделях влагопереноса для расчета скорости капиллярного потока воды.

Известен способ определения капиллярно-сорбционного потенциала, заключающийся в послойном определении влажности грунтов капиллярного увлажнения над зеркалом грунтовых вод в шурфе. По этому способу снимают ветвь увлажнения, по которой определяют данную водно-физическую характеристику.

Однако этот способ требует неизменного положения уровня грунтовых вод в тече,5U „„1755190 А1 производительности за счет сокращения периода проведения опытов одновременно осуществляют определение равновесной эпюры влажности (Ор) при увлажнении грунта Ор(Н) и при его иссушении Qp(P), где Н— высота точки над зеркалом воды; P — газовое давление, При этом увлажнение грунта про-. изводят в колонке высотой не менее половины высоты капиллярного поднятия, а иссушение грунта — методом капилляриметра. После построения эпюры влажности

Qp(H) в измеренном диапазоне влажности определяют значение отношения е = Н/Р, строят зависимость с (Ор) и экстраполируют ее до границы расчетного диапазона влажности. Рассчитывают ряд значений Н и достраивают верхнюю часть равновесной эпюры влажности прй увлажнении, получая в результате ветвь увлажнения капиллярносорбционного потенциала для всего расчетного диапазона влажности. 4 ил. ние длительного периода времени, что редко наблюдается в условиях их близкого залегания.

Известен также способ определения капиллярно-сорбционного потенциала, по которому снимают ветвь иссушения Qp(P), где

P — газовое давление; Ор — влажность грунта.

Однако, несмотря на удобство и надежность этого способа, использование ветви иссушения для описания процесса капиллярного увлажнения вместо ветви увлажнения приводит к существенным ошибкам в определении влажности и засоленности почв и грунтов, особенно s диапазоне малых значений влажности, где роль капиллярного гистереэиса возрастае-..

1755190

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения капиллярно-сорбционного потенциала, по которому снимают ветвь увлажнения. Согласно известному способу 5 осуществляют увлажнение грунта в колонке до стабилизации скорости впитывания воды с последующим послойным отбором проб грунта на влажность и построение по полученным данным равновесной эпюры Qp(H), 10 где H — высота. точки йад зеркалом воды.

Недостатками известного способа явля ются его трудоемкость, связанная с необходимостью доставлять в лабораторию большое количество грунта, и длительность 15 опытов.

Цель изобретения — повышение производительности зэ счет сокращения времени проведения опытов.

Цель достигается тем, что согласно спо- 20 собу, включающему увлажнение грунтов в колонке до стабилизации скорости впитывания воды с последующим послойным отбором проб грунта на влажность (Ор) и построение по полученным данным равно- 25 весной эпюры Ор(Н), одновременно с увлажнением грунта в колонке производят определение равновесной эпюры влажности при иссушении Qp(P) методом капилляриметрэ„при этом увлажнение грунта 30 осуществляют в колбнке высотой не менее половины BblcoTbl капиллярного""поднятия и по полученным данным строят равновесную эпюру в измеренном диапазоне влажности, а для построения равновесной эпюры во 35 всем расчетном диапазоне влажности определяют значения отношения e = Н/Р, затем строят график зависимости отношения Н/P от влажности, экстрэполируют ее до границы расчетного диапазона влажности и с уче- 40 том этой зависимости достраивают верхнюю часть равновесной эпюры влажности при увлажнении, На фиг. 1 представлены эпюры равновесной влажности (1 — ветвь увлажнения; 45

1 — ветвь иссушения); на фиг. 2 — зависимость (0р) для диапазона 0»on«Ор «Ол (сплошная линия) и ее экстраполяция (пунктирная линия); нэ фиг. 3 — полностью построенные эпюры равновесной влажности 50 (3 — предлагаемым способом; 3 — иэвест5 ным сйособом высоких колонок); на фиг. 4— схема капилляриметра.

Способ осуществляют следующим образом. 55

Ветвь увлажнения представляет собой эпюру равновесной влажности Ор(Н) в зоне кэпиллярного поднятия, где Н вЂ” высота точки нэд зеркалом воды в диапазоне 0 «Н «

«H» *, Н» — предельная высота капиллярного поднятия, Одновременно с определением равновесной зпюры влажности при увлажнении грунта осуществляют снятие равновесной эпюры влажности при иссушении грунта Qp(P) методом капилляриметра, где P — газовое давление, Опыты проводят на одних и тех же грунтах. Построение равновесной эпюры влажности Ор(Н) при увлажнении осуществляют в диапазонах О«

Н Н»,л, Q»os «Qp Qn, где Н»ол — высота колонки, Н вЂ” высота точки над зеркалом воды; Q> — полная влагоемкость; 0„,— влажность на верхнем торце колонки, а снятие эпюры влажности при иссушении грунта

Ор(Р) проводят в диапазонах Оо «Qp < Q„ и 0 «Р «О,батм, где Оо — влажность на верхней границе зоны капиллярного увлажнения при высоте колонке, равной наибольшей высоте капиллярного поднятия (Н»*).

Увлажнение грунта для снятия равновесной эпюры влажности проводят в колонке высотой не менее половины наибольшей высоты кэпиллярного йоднятия для обеспечения достаточной точности построения зависимости QQp) во всем расчетном диапазоне влажности.

Кроме того, выбор указанных диапазонов измерения определяется тем, что при влажности Qp, соответствующей Р =-0,6 атм, движение воды.в виде жидкости под действием капиллярно-сорбционного потенциала прекращается, Для построения равновесной эпюры влажности во всем расчетном диапазоне влажности(0о «Qp «О ) для ряда значений равновесной влажности (Qp) в измеренном диапазоне рассчитывают значения отношения с- Н/Р и строят зависимость ф3р). Как показали исследования, график этой зависимости имеет вид прямой, что позволяет ее экстраполировать и использовать для определения значений Н в диапазоне Н,„»

«Н«Н»*.

Для этого ряд значений Qp в диапазоне

Qo «Qp «Qxon no графику зависимости

E(Qp), определяют значение е. а по эпюре

Qр(Р) — соответствующие значения Р и рассчитывают значения высоты точки над зеркалом воды (Н), равные произведению гР.

После этого по значениям Qp и Н достраивают верхнюю часть равновесной эпюры влажности Qp(H) для диапазона О, ЫОр«

«О кол.

ll р и м е р. Определение ветви увлажнения капиллярно-сорбционного потенциала проведено для легкого суглинка нарушенного сложения из частиц диаметром менее 1 мм. Воздушно-сухой грунт на1755 1 90 бивали в колонки ¹ 1 и 2 сечением 6х6 см и .высотой 60 см (№ 1) и 100 GM (¹ 2), а также в кольца диаметром 5 см и высотой 5 см (6 образцов для капилляриметра) при объемной массе 1,30 г/см . 5

Колонки № 1 и 2 были установлены в поддоны С водой, в которых в течение всего

on ыта поддерживали постоя нный уровень воды. Опыт по увлажнению грунта продолжали до стабилизации скорости впитывания 10 воды. Время опыта на колонке № 1 составило 5 сут, № 2- 30 сут, На колонке № 2 к концу опыта высота капиллярного поднятия (Нк ) составила 90 см. Затем проводили послойный отбор проб грунта на влажность и по 15 полученным данным строили равновесные эпюрй влажности для колонок N 1 и 2; Равновесная эпюра колонки № 1 (фиг, 1А) полностью совпадает с нижней частью эпюры влажности для колонки ¹ 2 (фиг. 3 ) в диа- 20 пээоне Q„,„< Qð < Оп.

Для определения ветви иссушения испольэовали капилля риметр, представляющий собой лабораторную установку из воронок 1, бюреток Роммельсберга 2. ваку-. 25 умметра 3, вакуум-насоса 4, вакуум-сосуда

5, вакуумных трубок 6, тройников 7, зажимов 8 и опорной рамы 9. В качестве фильтров использовали микропористые капроновые мембраны. 30

Ветвь иссушения определяли следующим образом.

Образцы грунта, отобранные в металлические кольца, насыщали на слое песка до постоянного веса, устанавливали их в во- 35 ронки и насосом создавали разрежение (Р), которое поддерживали постоянным до пол- . ного стока воды из образцов. Значения P составляли: Р1 = 0,05 атм; Р2 = 0,15 там; Р3

= 0,30 дтм; Р4 = 0,40 атм; P5 = 0,60 атм, Нэ 40 первой ступени разрежения (при Р ) определяли содержание крупных гравитациойных пор, на второй (при Рг) — содержание всех гравитационных пор, на третьей (при

Рэ) — содержание активных капиллярных пор, при Р4 и Р5 — содержание мелких капиллярных пор. После опыта образцы взвешивали. высушивали до постоянного веса, определяли влажность грунта после опыта термостатно-весовым (wp) и обьемную массу (д).

По обьему стока, значениям w< и д рассчитывали содержание пор разного размера, значения равновесной влажности (Ор) и строили зависимость Qp(P);

Характерные обьемные значения влажности составили: Qp = 28%, Окал = 33 .

О, = 43%, для построения зависимости приняты следующие значения равновесной влажности. 0,43-0,41-0,39-0,38-0,36-0,33.

Этим значениям соответствуют значения к, равные 0.30 — 0.30 — О;27-0,25 — 0,23—

0,22. Зависимость к(Ор). построенная по приведенным данным, показана на фиг. 2 сплошной линией а экстраполяция прямой — пунктиром.

Для значений Ор = 0,31++0,30 — 0,29 — 0,28 по прямой получены значения е, равные

0,18-0,17-0,16-0,15, а по зависимости

Ор(Р) — значения Р, равные 350 — 450 — 500600 см.

Значения Н, рассчитанные по формуле

Н = е Р, составили 63 — 72 — 79 — 90 см.

Построенная по полученным данным верхняя часть равновесной эпюры Ор(Н) хорошо совпадает с эпюрой, полученной известным методом высоких колонок.

Предлагаемый споСоб позволит сущест венно сократить затраты времени на определение ветки - увлажйения кэпиллярно-сорбционного потенциала по сравнению с методом высоких -колонок, а также обеспечивает получение ветви иссушения, Формула изобретения

Способ определения ветви увлажнения капиллярно-сорбционного потенциала почвогрунтов, включающий увлажнение грунтов в колонке до стабилизации скорости впитывания с последующим послойным отбором грунта на влажность и построение по полученным данным равновесной эпюры влажности, отличаю щийс я тем, что, с целью повышенйя производительности эа счет сокращения времени проведения опытов, одновременно с увлажнением грунта в колонке производят определение равновесной эпюры влажности при иссушении методом капилляриметра, при этом увлажнение грунта осуществляют в колонке высотой не менее половины высоты капиллярного поднятия и по полученнйм данным строят равновесную эпюру в измеренном диапазоне влажности, а для построения равновесной эпюры во всем расчетном диапазоне влажности определяют значения отношений

Н/Р, где Н вЂ” высота точки отбора пробы грунта на влажность над зеркалом воды в опыте по увлажнению, м; Р— газовое давление разрежение в опыте по иссушению, атм, затем строят график зависимости отношения Н/Р от влажности, экстраполируют ее до границы расчетного диапазона влажности и с учетом этой завйсимости достраивают верхнюю часть равновесной эпюры влажности при увлажнении.

1755190

Фиг,4

Составитель Е,Макарычева

Техред M.Ìîðãåèòàë Корректор С. Лисина

Редактор А. Огар

Заказ 2889 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушскэя наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

26 30 ЗФ 38 42 9<

Фиг.1

Я 30 31 33 42 9

Фиг.З ф 0,29 8«968, Фиг.2