Способ определения сцепления и угла трения частично разрушенного объема льда с ненарушенным ледяным покровом

Заявленное изобретение относится к области определения параметров состояния ледяного покрова с помощью гидравлических или пневматических средств, в том числе к определению физико-механических характеристик льда и ледяных образований. Способ определения сцепления и угла трения частично разрушенного объема льда с ненарушенным ледяным покровом заключается в пробуривании во льду скважины, размещении в ней зонда, создании в гидроцилиндре повышенного давления, создающего внедрение в стенку скважины расположенных соосно относительно гидроцилиндра инденторов, и измерении давления в цилиндре. При этом пробуривают вторую скважину на некотором расстоянии от первой и выдавливают в нее ледовый керн высотой h₁, имеющий форму усеченного конуса с радиусом основания r₁, радиусом вершины r₂, извлекают ледяной керн и по измеренному давлению и измеряемым геометрическим параметрам данного ледяного керна определяют угол трения и сцепления льда. Технический результат - расширение перечня определяемых характеристик физического объекта. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к определению параметров состояния ледяного покрова с помощью гидравлических или пневматических средств, в том числе к определению физико-механических характеристик льда и ледяных образований.

Известен прессиометрический способ определения реологических характеристик льда в натурных условиях в скважинах при радиальном нагружении стенки скважины на ограниченном участке гидростатическим давлением через резиновую оболочку и измерении деформации льда под нагрузкой. Нагрузка создается давлением сжатого газа и передается через рабочую жидкость, заполняющую полость зонда [1].

Недостатком способа является невозможность определения прочности льда при его разрушении вплоть до смятия вследствие поверхностного, радиального воздействия на стенку скважины. Кроме того, испытания требуют длительного времени, что не дает возможности получить статистически значимое количество данных.

Известен также взятый за прототип способ определения характеристик прочности льда в натурных условиях в скважинах, заключающийся в пробуривании в ледяном покрове скважины, в опускании в нее гидроцилиндра, на выдвигающемся штоке которого закрепляются инденторы. После подачи высокого давления инденторы упираются в скважину, а давление измеряется соответствующими датчиками давления и образцовым манометром, по показаниям которых определяют прочность при появлении трещин во льду [2].

Недостатком способа является невозможность определения динамических характеристик ледяного покрова, и в частности сцепления и угла трения частично разрушенного объема льда с ненарушенным ледяным покровом.

Техническим результатом изобретения является расширение перечня определяемых характеристик физического объекта.

Указанный результат достигается тем, что, используя известный способ определения характеристик льда, дополнительно пробуривают вторую скважину и выдавливают в нее ледяной керн, извлекают его и по измеряемым геометрическим параметрам конфигурации определяют угол трения и сцепления льда.

Сущность предлагаемого способа иллюстрируется фиг 1 и 2.

На схеме соединения представлены гидростанция 1, соединенная измерительной гидролинией 4, включающей датчик давления 2 и образцовый манометр 3, и рукавом высокого давлении 5 с гидроцилиндром 6, помещаемым в скважину 7 и перемещающим инденторы 8, перед одним из которых на время работ размещается опорная плита 9 и извлекаемый из скважины 10 ледовый керн 11.

Предлагаемый способ определения сцепления и угла трения частично разрушенного объема льда с ненарушенным ледяным покровом осуществляется следующим образом. В ледяном покрове пробуриваются две скважины 7 и 10. В скважину 7 опускается гидроцилиндр 6, на выдвигающемся штоке которого закрепляются инденторы 8. Перед подачей в цилиндр 6 высокого давления по соответствующему рукаву высокого давления 5 против одного из инденторов 8, расположенного с противоположной смежной со скважиной 10 стороны, на время измерений размещается опорная плита 9. После подачи высокого давления инденторы 8 упираются в стенки скважины 7 и опорную плиту 9. Индентор, расположенный со стороны скважины 10, выдавливает керн льда 11 при давлении, измеряемом датчиком давления 2, по показаниям которого и измерении геометрических параметров керна, изображенных на фиг.2 - h₁ (высота усеченного конуса), r₁ (радиус основания конуса),

r₂ (радиус вершины усеченного конуса), определяют сцепление С и угол трения φ₀ по следующим формулам:

,

,

где: Р - измеренное давление в гидроцилиндре, при котором выдавливается керн 11;

S_n - площадь поперечного сечения поршня в гидроцилиндре 6;

S_yk - площадь поверхности усеченного конуса керна 11.

, где

или в общем виде

,

Источники информации

1. Зарецкий Ю.К., Фиш А.М. Исследование реологических свойств льда с помощью прессиометра. Труды ААНИИ, том 324, Гидрометеоиздат, 1974, с.156-162.

2. Способ определения физико-механических характеристик ледовых образований в натурных условиях в скважинах. Заявка на изобретение №2007129217 от 30.07.2007 г.

1. Способ определения сцепления и угла трения частично разрушенного объема льда с ненарушенным ледяным покровом, заключающийся в пробуривании во льду скважины, размещении в ней зонда, создании в гидроцилиндре повышенного давления, создающего внедрение в стенку скважины расположенных соосно относительно гидроцилиндра инденторов и измерении давления в цилиндре, отличающийся тем, что пробуривают вторую скважину на некотором расстоянии от первой и выдавливают в нее ледовый керн высотой h₁, имеющий форму усеченного конуса с радиусом основания r₁, радиусом вершины r₂, извлекают ледяной керн и по измеренному давлению и измеряемым геометрическим параметрам данного ледяного керна определяют угол трения и сцепления льда.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение угла трения льда производят по формуле
.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение сцепления С частично разрушенного объема льда с ненарушенным ледяным покровом производят по формуле

где Р - измеренное давление в гидроцилиндре, при котором выдавливается керн;
S_n - площадь поперечного сечения поршня в гидроцилиндре;
h₂ - высота усеченной части конуса.