[發明專利]土體礦物導熱系數的測試計算方法

有效

• 申請號: 201710574906.8
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107402227B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 陳之祥;李順群;張勛程;馮彥芳;潘林娜;穆坤;郭林坪;張彥
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: G01N25/18
• 分類號: G01N25/18;G01N25/20
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 呂志英

本發明提供一種土體礦物導熱系數的計算方法，該方法包括測定土體的相對密度和計算土體的最大干密度ρ_d?max；制作干密度分別為ρ_d1、ρ_d2的飽和土試樣并測定其導熱系數；計算飽和土試樣中土體礦物體積V_s及水的體積V_w；計算干密度分別為ρ_d1、ρ_d2的飽和土試樣中土體礦物的導熱系；計算土體礦物的導熱系數k_s。本發明的效果是該方法具備直觀、計算便捷等特征，為計算土體礦物的導熱系數提供一種手段。通過相對誤差對比分析，該計算方法的預測誤差在4.46％以內。精度的提高能夠最大限度提升土體礦物導熱系數的計算精度，為土體導熱系數預測方法建立提供便利。

技術領域

本發明屬于巖土工程領域的熱參數計算領域，特別是一種土體礦物導熱系數的計算方法，可用于土體溫度場計算參數的確定。

背景技術

土是由土體礦物、水和氣組成的多相體，土體的導熱系數常依據土中各相體積組成及其各相的導熱系數進行計算。水和氣體是連續性介質，其導熱系數值可依據物理化學方法測試獲取。土體礦物是以骨架形式組成的帶有一定結構的固體，碎散特性和孔隙特性導致其不能形成連續體。因此，依據常規方法測定的土體礦物的導熱系數實際上為土體骨架的導熱系數，即含有結構性和雜質填充的混合物導熱系數。土體礦物的導熱系數測定對于指導土體導熱系數計算方法的建立，具有重要的理論意義和工程價值。

土體相對密度是指土體礦物密度與4℃的液態水密度之比，即為ρ_s/ρ_w。土體相對密度是通過將土體烘干碾碎后，稱一定質量土體并將其置于液態水中。通過土體沉入水中排開水的體積和已知的土體質量計算土體礦物密度，由于4℃的液態水密度為1.0，因此，土體礦物密度在數值上等于其相對密度。該類方法借助一定條件，揭示了土體礦物密度。基于同樣原理，提出通過間接方法計算土體礦物導熱系數的計算方法。

專利號201010300973.9等均給出了測定土體導熱系數的方法，該類方法實際測定的為包含水、氣的土體混合物的導熱系數。文獻[談云志,喻波,胡新江,等.非飽和土熱導率預估模型研究[J].巖土工程學報,2013,35(s1): 129-133.]和專利號201710223928.X均指出了存在土體礦物導熱系數(凍土骨架導熱系數)的事實，但并未給出土體礦物導熱系數的計算或者測試方法。既有的文獻僅能采用礦物分析設備對土體礦物導熱系數的取值范圍進行預估，無法精確到具體數據。因而，迫切需要一種簡潔、直觀的土體礦物導熱系數計算方法，這對預估土體熱參數，提升溫度場計算精度具有重要理論價值。

發明內容

本發明目的是提供一種土體礦物導熱系數的計算方法，以實現土體礦物的導熱系數計算到具體數據，進而提升土體導熱系數計算公式的精度。

為實現上述目的，本發明提供一種土體礦物導熱系數的計算方法，該方法包括以下步驟：

1)測定土體的相對密度d_s，利用式(1)計算土體的最大干密度ρ_d-max，式(1)為：

ρ_d-max＝d_s (1)

式中，ρ_d-max為土體的最大干密度；d_s為土體的相對密度；

2)選取步驟1)所述相對密度為d_s的土體，分別制作干密度分別為ρ_d1、ρ_d2的飽和土試樣，其中0<ρ_d1<ρ_d2<ρ_d-max；