The Models of Water Phases Equilibrium in Frozen Rocks
Abstract
The rocks are complex multi-component, heterogeneous polydisperse systems, of which water is one of the components. The phase composition of pore water, the processes of its freezing and thawing largely determine the structure, properties, mechanical and thermal state of rock massifs. Consequently, the theory of phase equilibrium of water in the rocks at low temperatures is the basis for the theory of their properties formation, the stress-strain state, the simulation of heat and mass transfer processes in them. The models of the water phase equilibrium in the soil were developed. In these models the mineral skeleton is seen as a collection of particles with a certain effective molar mass, depending on the particle size and surface properties of the mineral skeleton. This allowed using the thermodynamics of the multicomponent systems to describe the phase state of water in dispersed media and, in particular, to develop a model of pore solution phase equilibrium in soil at low temperatures based on the theory of ideal and regular systems. The models allow investigating the patterns of pore solution phase equilibrium with maximum simplification.
About the Authors
Egor Gavrilyevich Starostin
Larionov Institute of Physical and Technical Problems of the North SB RAS
Russian Federation
Russian Federation
Olga Nikolaevna Kravtsova
Larionov Institute of Physical and Technical Problems of the North SB RAS
Russian Federation
Russian Federation
Nadezhda Ivanovna Tappyrova
Larionov Institute of Physical and Technical Problems of the North SB RAS
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Вотяков И.Н. Физико-механические свойства мерзлых грунтов Якутии. Новосибирск: Наука, 1975. 176 с.
2. Иванов Н.С. Теплои массоперенос в мерзлых горных породах. М.: Наука, 1969. 240 с.
3. Степанов А.В., Тимофеев А.М. Теплофизические свойства дисперсных материалов. Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1994. 124 с.
4. Чеверев В.Г. Природа криогенных свойств грунтов. М.: Научный мир, 2004. 234 с.
5. Старостин Е.Г., Габышев А.Н. Исследование содержания незамерзшей воды в цеолите по термограмме замораживания // Наука и образование. 2014. № 1. С.58–62.
6. Бровка Г.П. Теплои массоперенос в природных дисперсных системах при промерзании. Минск: Наука и техника, 1991. 192 с.
7. Фельдман Г.М. Передвижение влаги в талых и промерзающих грунтах. Новосибирск: Наука, 1988. 258 с.
8. Комаров И.А. Термодинамика и тепломассообмен в дисперсных горных породах. М.: Научный мир, 2003. 608 с.
9. Чистотинов Л.В. Миграция влаги в промерзающих неводонасыщенных грунтах. М.: Наука, 1973. 144 с.
10. Watanabe K., Mizoguchi M. Amount of unfrozen water in frozen porous media saturated with solution // Cold Regions Science and Technology. 2002. 34. P. 103–110.
11. Zhao L., Gray D.M., Male D.H. Numerical analysis of simultaneous heat and mass transfer during infiltration into frozen ground // Journal of Hydrology. 1997. 200. P. 345–363.
12. Гречищев С.Е., Чистотинов Л.В., Шур Ю.Л. Основы моделирования криогенных физико-геологических процессов. М.: Наука, 1984. 230 с.
13. Роман Л.Т. Механика мерзлых грунтов. М.: Наука/ Интерпериодика, 2002. 426 с.
14. Неймарк Ю.И. Простые математические модели // Соросовский образовательный журнал. 1997. № 3. С. 139–143.
15. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984. 312 с.
16. Старостин Е.Г. Фазовое равновесие воды в горных породах при отрицательных температурах: Дис. … д.т.н.: 25.00.08. Ин-т мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН. Якутск, 2009.
17. Гаврильев Р.И. Теплофизические свойства горных пород и напочвенных покровов криолитозоны. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998. 280 с.
18. Степанов А.В. Тепломассообменные свойства дисперсных пород и материалов при промерзании–протаивании: Автореф. дис. … д.т.н. Якутск, 2002. 38 с.
19. Дуров В.А., Агеев Е.П. Термодинамическая теория растворов. М.: Едиториал УРСС, 2003. 248 с.
20. Дзялошинский И.Е., Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Общая теория Ван-дер-Ваальсовых сил. УФН. 1961. Т. LXXIII, вып. 3. С. 381–422.
21. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Ч. 1. М.: Наука, 1976. 584 с.
22. Старостин Е.Г Теплота кристаллизации капиллярной жидкости // Криосфера Земли. 2005. Т. IX, №3. С. 54–58.
23. Анисимов М.А., Танкаев Р. У., Богданович Н. Н., Вольницкая Е.П., Дмитриевский С. А. Плавление льда в пористой среде // Известия вузов. Нефть и газ. 1981. № 10. С. 83–88.
24. Вуд Б., Фрейзер Д. Основы термодинамики для геологов. М.: Мир, 1981. 184 с.
25. Старостин Е.Г., Лебедев М.П. Свойства связанной воды в дисперсных породах. Ч. I. Вязкость, диэлектрическая проницаемость, плотность, теплоемкость, поверхностное натяжение // Криосфера Земли. 2014. Т. XVIII, № 3. С. 46–54.
26. Старостин Е.Г., Лебедев М.П. Свойства связанной воды в дисперсных породах. Ч. II. Теплота кристаллизации // Криосфера Земли. 2014. Т. XVIII, № 4. С. 39–46.
27. Старостин Е.Г., Петров Е.Е., Лаптева О.И., Таппырова Н.И. Сканирующая калориметрия фазовых переходов поровых растворов NaCl и CaCl2 в грунтах при отрицательных температурах // Наука и образование. 2015. № 4. С. 54– 57.
Review
For citations:
Starostin E.G., Kravtsova O.N., Tappyrova N.I. The Models of Water Phases Equilibrium in Frozen Rocks. Arctic and Subarctic Natural Resources. 2017;22(2):41-47. (In Russ.)
Views:
17
Email this article 