Прозрачный мерзлый грунт, способ его получения и применения - RU2015144375A

1. Прозрачный мерзлый грунт, отличающийся тем, что его получают из фторсодержащего полимера, кубикового льда и бесцветной поровой жидкости на этапах приготовления материалов, смешивания, вакуумирования, затвердевания и замораживания, а количество фторсодержащего полимера, кубикового льда и бесцветной поровой жидкости рассчитывается согласно условиям испытаний и размерам проб; бесцветная поровая жидкость представлена водой, фторсодержащий полимер представлен частицами диаметром ≤0,074 мм с неправильной формой и является тефлоном AF 1600 производства American DuPont Company с коэффициентом преломления 1,31 и плотностью 2,1-2,3 г/см³; диаметр частиц кубикового льда составляет ≤0,074 мм; физические свойства прозрачного мерзлого грунта следующие: плотность - 1,63-2,1 г/см³, удельная масса - 16-21 кН/м³ и значение степени переуплотнения - 0,8-3; механические свойства следующие: угол внутреннего трения - 19-22°, связность - 1-3 кПа, модуль упругости - 5-9 МПа и коэффициент Пуассона - 0,2-0,3.

2. Прозрачный мерзлый грунт по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкости используется очищенная вода.

3. Способ получения прозрачного мерзлого грунта по п. 1, отличающийся тем, что он включает следующие этапы:

(1) приготовление материалов: количество фторсодержащего полимера, кубикового льда и бесцветной поровой жидкости рассчитывается согласно условиям испытаний и размерам проб; фторсодержащий полимер представлен частицами диаметром ≤0,074 мм, подвергается очистке от примесей, сушится в сушильном шкафу, причем его частицы имеют неправильную форму, и является тефлоном AF 1600 производства American DuPont Company с коэффициентом преломления 1,31 и плотностью 2,1-2,3 г/см³; кубиковый лед получают путем раздавливания целого блока льда с диаметром частиц ≤0,074 мм; бесцветная поровая жидкость представлена водой;

(2) смешивание: сначала фторсодержащий полимер и кубиковый лед равномерно перемешивают в криогенной лаборатории при температуре от -6,0°С до -8,0°С, загружают в форму по 2-3 партии для приготовления пробы и утрамбовывают слой за слоем; затем в форму добавляют воду, и она заполняет промежутки между частицами фторсодержащего полимера и кубиковым льдом;

(3) вакуумирование: устройство вакуумирования используется для удаления остаточных пузырьков в пробе, чтобы она достигла полностью насыщенного состояния;

(4) затвердевание: проба помещается в плотномер для затвердевания со значением степени переуплотнения 0,8-3; и

(5) замораживание: проба загружается в криогенный бокс при температуре -20°С и замораживается на 48 часов, чтобы получить прозрачный мерзлый грунт, имитируя насыщенную мерзлую глину, физические свойства которой следующие: плотность - 1,63-2,1 г/см³, удельная масса - 16-21 кН/м³ и значение степени переуплотнения - 0,8-3; а механические свойства следующие: угол внутреннего трения - 19-22°, связность - 1-3 кПа, модуль упругости - 5-9 МПа и коэффициент Пуассона - 0,2-0,3.

4. Способ получения прозрачного мерзлого грунта по п. 3, отличающийся тем, что на этапе (1) в качестве жидкости используется очищенная вода.

5. Применение прозрачного мерзлого грунта по п. 1 в модельном испытании направленного взрывания мерзлого грунта.

6. Применение по п. 5, отличающееся тем, что оно включает следующие процессы:

(1) моделирование: согласно требованиям к испытаниям и размерам модели откоса естественного мерзлого грунта выполнены прозрачный опытный бассейн и модель откоса прозрачного мерзлого грунта, которая имитирует модель откоса естественного мерзлого грунта, причем модель откоса прозрачного мерзлого грунта состоит из прозрачного мерзлого грунта и включает шпуры; а прозрачный опытный бассейн выполнен из прозрачного высокопрочного стекла;

(2) монтаж: модель откоса прозрачного мерзлого грунта загружается в прозрачный опытный бассейн, и в соответствии с планом испытания детонаторы и взрывчатка загружаются в отведенные шпуры; цифровые камеры, которые способны полностью охватить пространство прозрачного опытного бассейна, устанавливаются на передней, боковой и верхней смотровой поверхности снаружи прозрачного опытного бассейна, и они соединяются с устройством обработки по линиям передачи данных;

(3) испытание: детонаторы и взрывчатка приводятся в действие, процесс направленного взрывания модели откоса прозрачного мерзлого грунта для образования искусственного откоса снимается и записывается цифровыми камерами; записанные данные передаются на устройство обработки по линиям передачи данных; и

(4) процесс (1)-процесс (3) повторяются, процессы направленного взрывания модели откоса прозрачного мерзлого грунта в условиях разных естественных высот откоса, диаметров шпуров, глубины и количества взрывчатки передаются на устройство обработки, чтобы проанализировать механизм направленного взрывания мерзлого грунта и завершить испытание модели откоса мерзлого грунта направленным взрыванием.

7. Применение прозрачного мерзлого грунта по п. 1 в испытании оползания модели мерзлого грунта дорожной насыпи вследствие оттаивания.

8. Применение по п. 7, отличающееся тем, что оно включает следующие этапы:

(1) моделирование: согласно требованиям к испытаниям и размерам модели мерзлого грунта дорожной насыпи выполнены прозрачный опытный бассейн и модель прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи, которая имитирует модель мерзлого грунта дорожной насыпи, причем модель прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи состоит из прозрачной мерзлой почвенной массы и предварительно оснащена датчиками температуры; а прозрачный опытный бассейн выполнен из органического стекла;

(2) монтаж: в криогенной лаборатории модель прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи загружается в прозрачный опытный бассейн, и источник нагрева помещается на прозрачный опытный бассейн поверх солнечной стороны модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи; снаружи прозрачного опытного бассейна одна сторона, параллельная поперечному сечению модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи, оснащается лазерным источником, а другая сторона, перпендикулярная поперечному сечению модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи, оснащается цифровой камерой, причем цифровая камера и датчик температуры соединены с устройством обработки по линии передачи данных; осевая линия цифровой камеры перпендикулярна осевой линии лазерного источника, а точка пересечения осевых линий цифровой камеры и лазерного источника находится внутри прозрачного опытного бассейна; и

(3) испытание: включается лазерный источник, проверяется яркость плоскости касания частиц, образованной внутри модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи, и угол лазера регулируется таким образом, чтобы он падал перпендикулярно на плоскость касания и проходил через центр продольного направления модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи; включается цифровая камера, и ее объектив регулируется таким образом, чтобы она могла охватывать солнечную и теневую сторону модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи; т.е. лазерный источник освещает поперечное сечение модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи, и при этом поперечное сечение модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи, освещаемое лазерным источником, записывается цифровой камерой; согласно плану опыта источник нагрева периодически включается, процесс оползания на солнечной стороне модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи вследствие оттаивания в периодическом цикле замораживания и оттаивания снимается и записывается цифровыми камерами, а записанные данные передаются на устройство обработки по линии передачи данных.

9. Применение по п. 8, отличающееся тем, что на этапе (2) на солнечной стороне размещается теплоизоляционный материал, а у ее подножия размещается порог; теплоизоляционный материал представлен слоем щебня, который дополнен частицами фторсодержащего полимера толщиной 5-15 мм или полиэтиленовой пенопластовой сеткой, а порог выполнен из органического стекла; на этапе (3) согласно плану опыта источник нагрева периодически включается, процесс оползания на солнечной стороне модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи вследствие оттаивания в периодическом цикле замораживания и оттаивания снимается и записывается цифровыми камерами, записанные данные передаются на устройство обработки по линии передачи данных, и оценивается влияние мер по обработке на устранение явления оттаивания/оползания.