Закономерности неизотермического влагопереноса в песчаных и пылеватых грунтах

• Автор: Федяева, Елена Алексеевна
• Шифр специальности: 25.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 213 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОМ ВЛАГОПЕРЕІІОСЕ В ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТАХ

1.1. Понятие о нсизотсрмнчсском влагопсрсиосе

1.2. Природа иснзотсрмнчсского влагонерспоса

1.3. Параметры иснзотсрмнчсского влагопсрсноса

1.4. Внутренние и внешние факторы иснзотсрмнчсского влагопсрсноса

1.4.1. Влияние влажности

1.4.2. Влияние плотности

1.4.3. Влияние степени насыщения и величины удельной поверхности

1.4.4. Влияние гигроскопичности, дифференциальной влагоемкости и влагопроводности
1.4.5. Влияние литологического типа грунтов
1.4.6. Влияние концентрации электролита порового раствора
1.4.7. Влияние температурных условий
1.4.8. Влияние общего газового давления
Выводы к главе 1 и постановка задач исследования
Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМЫХ ГРУНТОВ
2.1. Выбор грунтов для исследования
2.2. Химико-минеральный состав грунтов
2.3. Структурно-текстурные особенности грунтов
2.4. Физические и физико-химические свойства грунтов
2.4.1. Физические свойства грунтов
2.4.2. Физико-химические свойства грунтов
Выводы к главе
Глава 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ
НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ВЛАГОПЕРЕНОСА
3.1. Общая методика решения поставленных задач
3.2. Методика анализа состава и свойств грунтов
3.3. Методика подготовки образцов для исследований
3.4. Методика лабораторных исследований параметров иснзотсрмнчсского влагопсрсноса дисперсных грунтов
3.5. Методика расчета параметров иснзотсрмнчсского влагопсрсноса по результатам лабораторных испытаний
3.6. Методика анализа параметров иснзотсрмнчсского влагопсрсноса с помощью треугольных диаграмм фазового состава грунтов
3.6.1. Особенности треугольных диаграмм фазового состава грунтов

3.6.2. Анализ параметров неизотермического влагопереноса с помощью
треугольных диаграмм фазового состава грунтов
Выводы к главе
Глава 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ И ФАКТОРЫ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ВЛАГОПЕРЕНОСА В ПЕСЧАНЫХ И ПЫЛЕВАТЫХ ГРУНТАХ
4Л. Влияние минерального и фазового состава грунтов
4.2. Влияние структурно-текстурных особенностей
4.2.1. Влияние гранулометрического состава на закономерности неизотермического влагопереноса в грунтах
4.2.2. Влияние параметров порового пространства грунта
4.3. Влияние плотности грунтов
4.4. Влияние водонасыщснпости и наличия различных категорий влаги
Выводы к главе
Глава 5. ПРОГНОЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ВЛАГОПЕРЕНОСА В ПЕСЧАНЫХ И ПЫЛЕВАТЫХ ГРУНТАХ
5.1. Обоснование моделирования
5.2. Преобразования подобия для нсизотсрмичсского влагообмена в закрытых системах
5.3. Методика прогнозирования параметров нсизотсрмичсского влагопереноса в дисперсных грунтах для стационарного профиля
5.4. Методика прогнозирования параметров нсизотсрмичсского влагопереноса в дисперсных грунтах для нестационарного профиля
5.4.1. Уравнение, описывающее процесс
5.4.2. Описание безразмерного поправочного коэффициента К
5.4.3. Вычисление перепада влажности во времени
5.4.4. Алгоритм получения профиля влажности
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Диссертация посвящена изучению закономерностей неизотермического влагопереноса в дисперсных не полностью водонасыщенных грунтах, под которым понимается перераспределение влага под действием температурного градиента. Постановка темы обусловлена недостаточной изученностью данного вопроса для различных природных не полностью водонасыщенных грунтов, а также его большой практической и научной значимостью.
Актуальность проблемы изучения термовлагопереноса обусловлена тем, что термовлагоперепос является одним из ведущих процессов перераспределения влага в дисперсных грунтах зоны аэрации, т.е. в грунтах, находящихся в состоянии не полного водонасыщения. Вблизи дневной поверхности этот глобальный процесс осуществляется благодаря температурным градиентам направленным вертикально в зависимости от времени года: либо вверх, либо вниз. Таким образом, верхняя, наиболее важная в инженерно-геологическом отношении часть грунтового массива, в пределах которой сосредоточено большинство различных инженерных сооружений (фундаментов зданий, подземных сооружений, коллекторов и т.п.) вследствие наличия температурных градиентов повсеместно испытывает непостоянство температуры. Подобные условия вызывают специфические механизмы массообмена, влияющие на поля влагосодержания и концентрацию растворенных веществ в зоне аэрации, через которую осуществляется влагообмен грунта с атмосферой.
В настоящее время деятельность человека приобрела такие масштабы, что ее относят к мощному антропогенному фактору развития геологической среды. Так, наряду с природными, весьма значительные температурные градиенты могут быть вызваны и антропогенными тепловыми воздействиями на не полностью водонасыщенные грунты со стороны различных инженерных сооружений и объектов хозяйственной деятельности человека [Королев, 1988; Королев, 1994]. Формирующиеся в техногенных условиях искусственные градиенты температуры также вызывают перераспределение влага и трансформацию естественных полей влажности. В результате этого меняется влажность грунтов зоны аэрации, что ведет к изменению свойств грунтов в пределах этих полей.
Поэтому не удивительно, что такой важный вопрос, как влияние температурного поля грунтов зоны аэрации на тепловлагоперенос в этих грунтах вызывает все больший интерес со стороны многих исследователей [Кошелев и др., 2001; Кошелев, 2002; Кошелев и др., 2002; Кашперюк и др., 2013]. При этом обращается внимание на то, что прогноз изменения основных физико-механических свойств грунтов оснований многих сооружений невозможен без обязательного проведения термометрических работ при инженерно-геологических изысканиях. Также отмечается, что прогнозирование изменения инженерно-геологических особенностей

Были выбраны четыре песка разной степени крупности - от гравелистого до пылеватого из Раменского р-на Подмосковья (н.п. Островцы), а также песок среднезернистый из долины р. Москвы и песок мелкозернистый из Одинцовского р-на Подмосковья (п. Горки). Гравелистый и пылеватый пески из н.п. Островцы - флювиогляциалышго генезиса, остальные пески имеют аллювиальный генезис. Еще один песок среднезернистый — из отложений пляжа берега Балтийского моря (г. Светлогорск Калининградской обл.). Кроме того, анализировался крупный озерный песок из Карелии. Лессовидный суглинок же был взят как грунт иного литологического типа, отличающийся не только по дисперсности, но и по минеральному составу, структуре и текстуре, формам связанной воды, плотности и другим свойствам. Этот грунт был отобран из р-на г. Алмалыка в долине р. Ахан-Гаран в Узбекситане.
Таким образом, выбор данных образцов позволяет выявить особенности неизотермического влагообмена в дисперсных грунтах двух типов, которые пользуются весьма широким распространением в природе.
2.2. Химико-минеральный состав грунтов
Минеральный состав грунтов изучался визуально под бинокулярным микроскопом (рис. 2.1). Кроме того, был сделан рентгенодифракционный валовой количественный анализ минерального состава исследуемых грунтов. Результаты приведены в табл. 2.2 (номера соответствуют номерам образцов в табл.2.1), диффрактограммы показаны на рис. 2.2.
Таблица 2.2.
Результаты минерального анализа образцов
обр № Наименование грунта по ГОСТ 25100-12 Содержание минералов, %
кварц микро- клин аль- бит каль- цит доло -МИТ пиро -ксен мус- ковит каоли- нит ил- лит хло- рит
1 Песок гравелистый 61 11 17 2 4
2 Песок крупный 85 10 4
3 Песок крупный 33 19 36 - - 3 9 - - -
4 Песок средней крупности 90 10 - - - - - - - -
5 Песок средней крупности 95 5 - - - - - - - -
6 Песок мелкий 79 15 4
7 Песок мелкий 83 10 1 - - - - 2 3
8 Песок пылеватый 74 7 8 1 3 - - 1 4
9 Суглинок легкий 39 5 14 16 3 - - 4 17
Из этой таблицы видно, что основным породообразующим минералом этих песков является кварц. Также в данных песках довольно большая доля полевых шпатов. В обр. №№ 1 и