СПИСОК ТЕРМИНОВ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ИЗУЧЕННОСТЬ ПРОЦЕССА МИГРАЦИИ ИОНОВ СОЛЕЙ
В ПРОМЕРЗАЮЩИХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ 7
ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 13
2.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА 13
2.1.1. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЯЧЕЙКА 13
2.1.2. ТЕРМОПАРЫ 19
2.1.3. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 22
2.1.4. ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ 23
2.1.5. СИСТЕМА ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
ХОЛОДНЫХ СПАЕВ ТЕРМОПАР 27
2.1.6. ХОЛОДИЛЬНАЯ КАМЕРА 29
2.2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА 31
2.2.1. ПОДГОТОВКА ГРУНТА И ПРИГОТОВЛЕНИЕ
ВОДНОГО РАСТВОРА ХЛОРИДА НАТРИЯ 31
2.2.2. УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТА 32
2.2.3. СБОРКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ 34
2.2.4. МНОГОКРАТНОЕ ЧАСТИЧНОЕ ЗАМОРАЖИВАНИЕ-
ОТТАИВАНИЕ ИССЛЕДУЕМОГО ГРУНТА 36
2.2.5. ИЗВЛЕЧЕНИЕ ОБРАЗЦОВ ГРУНТА И
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ВЛАЖНОСТИ 37
2.2.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ХЛОРИДА НАТРИЯ
В ПОРОВОМ РАСТВОРЕ 38
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ 40
3.1. РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 41
3.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ВТОРОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 42
3.3. РЕЗУЛЬТАТЫ ТРЕТЬЕГО ЭКСПЕРИМЕНТА 43
3.4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧЕТВЕРТОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 44
3.5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПЯТОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 45
3.6. РЕЗУЛЬТАТЫ ШЕСТОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 50
На протяжении десятилетий ученые всего мира непрерывно исследуют засоление различных по составу почв как один из основных факторов, приводящих к деградации земель сельхозназначения. Эта тема освещена в тысячах публикаций.
В докладе ООН «Состояние мировых почвенных ресурсов», составленном ведущими учеными-почвоведами, засоление почв оценивается как существенная общемировая проблема [5].
В тоже время, как в России, так и за рубежом, проводится несоизмеримо меньше исследований засоления различных по составу мерзлых горных пород. На эту тему ежегодно публикуется менее сотни научных статей, не говоря уже о монографических изданиях.
В этих публикациях отмечается, что засоление мерзлых пород приводит к существенному ухудшению их механических и прочностных свойств, возрастанию интенсивности криогенного деформирования и разрушения, ускорению процесса морозного иссушения, образованию криопэгов и другим физико-химическим явлениям. Также отмечается увеличение площади распространения и мощности сезонно-талого слоя, вызываемое ускорившейся за последние десятилетия деградацией многолетней криолитозоны, и рост темпов техногенного засоления мерзлых пород [8, 20, 22, 26].
В конечном счете, указанные последствия осложняют хозяйственное и инфраструктурное освоение территорий Крайнего Севера.
В этой связи представляется актуальным расширение экспериментальных исследований для накопления более разнообразных научных данных о процессе миграции ионов солей в различных по составу промерзающих горных породах.
Полученные знания о миграции солей в разных по составу промерзающих породах можно использовать в качестве дополнительного условия для решения конкретных инженерных задач в условиях Крайнего Севера.
Целью настоящей работы является получение экспериментальных данных о перераспределении ионов соли NaCl после частичного замораживания- оттаивания засоленного песчаного грунта.
Для достижения указанной цели было необходимо решить следующие задачи:
1. Спроектировать и собрать экспериментальную установку, предназначенную для исследования миграции ионов солей при направленном многократном промерзании грунта.
2. Разработать методику проведения эксперимента.
3. Провести серию экспериментов, в каждом из которых должно происходить, как и в естественных условиях природной среды, многократное частичное замораживание-оттаивание песчаного грунта, насыщенного водным раствором NaCl.
В настоящей работе решены следующие задачи:
1. Спроектирована и собрана экспериментальная установка, позволяющая исследовать миграцию ионов солей при направленном многократном промерзании грунта.
2. Разработана методика проведения эксперимента.
3. Проведено шесть экспериментов, в каждом из которых происходило многократное частичное замораживание-оттаивание песчаного грунта, насыщенного водным раствором NaCl.
Получены экспериментальные данные, демонстрирующие следующие физические процессы:
• при промерзании песчаного полностью влагонасыщенного грунта происходит частичное отжатие вниз поровой воды из мерзлой зоны;
• наблюдается заметная миграция ионов соли NaCl вверх в промерзающую зону.
Указанные процессы регулярно наблюдались в каждом из экспериментов.
Очевидно, что существует нелинейная зависимость между отжатием вниз поровой воды и миграцией ионов NaCl вверх в мерзлую часть грунта.
Однако для проведения дальнейшего анализа требуется накопление базы экспериментальных данных, которое может быть достигнуто путем проведения новых серий экспериментов с другими параметрами.
Предложенная экспериментальная установка может быть использована для анализа процессов засоления грунтов разного состава при решении конкретных инженерных задач в ходе создания промышленных, инфраструктурных и строительных объектов.
