Научная конференция ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, ноябрь 2011 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИЯ

Термовлагоперенос - процесс миграции влаги в грунтах под действием температурного градиента, изучен недостаточно. [1, 3, 4]. Между тем он имеет большое научное и практическое значение. В докладе обсуждаются вопросы влияния фазового состава песчаных грунтов на параметры неизотермического влагопереноса.

В лабораторных экспериментах проводилось наблюдение за динамикой изменения исходного распределения влажности песка из долины р. Москвы аллювиального генезиса (aIII_sb) в заданных температурных условиях. Анализировался широкий диапазон влажностей от 3 до 20% (т.е. W_mg < W < W_кап), при которых процесс термоосмоса идет наиболее интенсивно, а также различная степень уплотненности грунта (от 1,11 до 1,69 г/см³). Предварительно увлажненный до определенной величины и степени влажности образец грунта загружался в трубки, в которых создавался постоянный температурный градиент. Через определенное время производился разбор трубок, из каждой отбирались пробы на влажность, по полученным данным строились профили влажности W = f (x), по которым вычислялись значения основных характеристик термовлагопереноса путем решения переопределенной системы соответствующих уравнений [1, 3]. Анализ полученных результатов проводился с помощью треугольных диаграмм фазового состава [2, 3]. Для каждого опыта, соответствующего определенному соотношению фаз в начале опыта, строились диаграммы фазового состава с соответствующими значениями коэффициентов и параметров термовлагопереноса.

В результате выполненного исследования можно сделать следующие выводы:

1. Разработана методика анализа параметров термовлагопереноса в грунтах с помощью треугольных диаграмм фазового состава, позволяющая выявлять закономерности термовлагопереноса во всем диапазоне возможного изменения соотношения фаз анализируемого грунта.

2. Выявлены области потенциального изменения значений параметров термовлагопереноса грунта D_w и D_T в изолиниях, отображающие зависимость этих параметров от соотношения объемных долей фаз данного грунта. С помощью полученных диаграмм можно прогнозировать термовлагоперенос в грунте при его любом фазовом составе.

3. Установлено, что для данного песчаного грунта существует "наиболее благоприятный" диапазон значений влажности (W) и плотности скелета (ρ_d), при котором неизотермический влагоперенос наиболее эффективен. В нашем случае это: W=11,7-13,8% и ρ_d =1,30-1,42 г/см³. К периферии от этой области значения параметров термовлагопереноса грунта D_w и D_T уменьшаются.

4. Анализ зависимости параметров термовлагопереноса от плотности скелета грунта (ρ_d) показал, что в области низких значений плотности скелета грунта наблюдается уменьшение коэффициентов D_w и D_T при снижении плотности, что объясняется перераспределением соотношения всех трех фаз грунта, вызывающим "дефицит" влаги аналогичный происходящему при уменьшении влажности.

5. Выявлены области изменения значений параметров термовлагопереноса грунта, зависящие от времени этого процесса (максимального потока влаги q_w^T, скорости перераспределения влаги V, градиента влажности grad W и доли перераспределившейся влаги Σ_w^T) в изолиниях, отображающие зависимость этих параметров от возможного соотношения объемных долей фаз данного грунта и от времени с начала опыта.

6. Проанализирована динамика формирующегося поля влажности данного песка во времени при термовлагопереносе. При перемещении влаги от горячего к холодному торцу колонки на влагу действуют две разнонаправленные движущие силы: под действием grad T - парожидкостный перенос, а под действием grad W - "изотермический" перенос. Сначала первая из них значительно превышает вторую, и идет активный перенос влаги от горячего к холодному торцу образца. Но по мере увеличения grad W вторая сила увеличивается и "тормозит" термоперенос. Когда действие сил уравновешивается, термоперенос влаги заканчивается и в грунте наступает стационарное состояние.

7. Установлено, что значения градиента влажности (grad W) и доли перераспределившейся влаги (Σ_w^T) со временем термовлагопереноса не только увеличиваются, но и меняются очертания и положение на диаграмме области их максимальных значений (происходит смещение в область низких влажностей). Это объясняется тем, что при уменьшении влажности увеличивается объем порового пространства, свободный от воды, и потенциально способный "принять" большее количество мигрирующей влаги, чем в более влажных грунтах.

Литература:
1. Глобус А.М. Физика неизотермического внутрипочвенного влагообмена. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 279 с.
2. Грунтоведение / Трофимов В.Т., Королёв В.А., Вознесенский Е.А. и др. // Под ред. В.Т.Трофимова. - 6-е изд., перераб. и доп. - М., Изд-во МГУ, 2005, 1024 с.
3. Королёв В.А. Термодинамика грунтов. - М., Изд-во МГУ, 1997. 167 с.
4. Королёв В.А., Федяева Е.А., Ахромеева Т.Я. Закономерности термовлагопереноса в ненасыщенных дисперсных грунтах. - Инженерная геология, 1990. N 3 с. 16-29.