[發明專利]一種實時測量土體熱參數的試驗方法

有效

• 申請號: 201711336597.7
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108287175B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 王學超;曹陽;趙德輝;張才明;陳誠;徐湘田;白瑞強;楊宗維;劉慶賀
• 申請（專利權）人: 國網內蒙古東部電力有限公司經濟技術研究院;國網內蒙古東部電力設計有限公司;內蒙古大學;國家電網公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/18
• 代理公司: 上海盈盛知識產權代理事務所(普通合伙) 31294
• 代理人: 孫佳胤

本發明提供一種實時測量土體熱參數的試驗方法，包括：步驟一、提供熱參數試驗設備，包括：將高低溫控制恒溫箱側面開一圓形孔，導線穿過該圓形孔，一端與箱內熱探針連接、另一端與箱外熱參數分析儀相連；步驟二、制備試樣；步驟三、將熱探針表面涂抹適量傳熱硅脂；步驟四、將所述熱探針插入所述試樣內，并置于高低溫控制高低溫控制恒溫箱中，選擇測量模式；步驟五、關閉高低溫控制恒溫箱箱門，開啟熱參數分析儀，開啟高低溫控制恒溫箱，模擬土體自然降溫過程，由熱參數分析儀實時測量試樣土體熱參數與溫度；步驟六、待試樣內溫度穩定后，關閉高低溫控制恒溫箱，模擬土體自然升溫過程，由熱參數分析儀實時測量試樣土體熱參數與溫度。

技術領域：

本發明屬于熱學試驗技術領域，具體涉及的是一種實時測量土體熱參數的試驗方法，該方法利用一套實時測量土體熱參數的試驗設備，并采用熱探針法進行土體熱參數的測量，考察土體在不同條件下的熱物理性質，為土體溫度場的計算提供試驗參數，進而為土體熱穩定性的判別提供參考。

背景技術：

土體的熱參數包括導熱系數、比熱容、熱擴散系數，導熱系數定義為單位截面、單位長度的材料在單位溫差下和單位時間內直接傳導的熱量；比熱容定義為單位質量物體改變單位溫度時所吸收或釋放的內容；熱擴散系數可由導熱系數與比熱容求得。土體作為地表和地下建筑物的支撐，其熱學穩定性直接關系到地表和地下工程建筑物能否安全運營，準確測量土體在不同條件下的熱學參數，是獲取土體精確溫度場的關鍵，對于判別土體熱學穩定性具有重要的參考價值。目前，對于土體熱參數的方法較多，以導熱系數為例，可分為穩態法和非穩態法，其中穩態法包括縱向熱流法、Frobes棒法、徑向熱流法、直接電加熱法、熱電法、熱比較法；非穩態法包括周期熱流法和瞬態熱流法。但其所有方法對于土體熱參數的測量均采用靜態測量，即利用高低溫控制恒溫箱控制土體試樣溫度，待試樣溫度穩定后對其熱參數進行一次測量，后繼續控制高低溫控制恒溫箱溫度至另一試驗溫度，進行下一次測量，以此類推。這種測量方法只能測出某一溫度下土體熱參數，無法對熱參數隨溫度的變化進行實時監測，導致其測量過程中可能存在失真等問題，需平行試驗與其對比驗證，且這種方法每次測量均需確保試樣溫度均勻，測量較為耗時。本發明試驗方法實現了實時測量土體熱參數，能夠實時監測土體熱參數隨溫度的變化，無需平行試驗，且測量快速、準確。

發明內容：

本發明的目的是補充現有測量土體熱參數試驗方法的不足，為獲取不同條件下土體熱參數隨溫度的動態變化規律，從而真實反映土體熱學性質，為土體溫度場的計算提供準確的熱參數，進而為土體熱學穩定性的判別提供參考。

一種實時測量土體熱參數的試驗方法，包括：

步驟一、提供熱參數試驗設備，包括：將高低溫控制恒溫箱側面開一圓形孔，導線穿過該圓形孔，一端與高低溫控制恒溫箱內熱探針連接、另一端與高低溫控制恒溫箱外熱參數分析儀相連，組成測量土體熱參數的熱參數試驗設備，所述圓形孔處使用與之配套的保溫材料填充，使其不影響高低溫控制恒溫箱精度；

步驟二、制備試樣，將在通遼采集的粉質砂土在110℃的環境下烘烤12h，研磨后，配制成含水率分別為4％、6％、10％、14％的散土體，并在限制蒸發的條件下保持12h，使土體中水分充分均勻，然后按照最大干密度分5層裝模，模具為內高120mm，直徑47mm的圓柱體；

步驟三、將熱探針表面涂抹適量傳熱硅脂；

步驟四、將所述熱探針插入所述試樣內，并置于高低溫控制高低溫控制恒溫箱中，熱探針另一端經由所述導線與熱參數分析儀相連，并設置熱參數分析儀讀取數據時間間隔，選擇測量模式；

步驟五、關閉高低溫控制恒溫箱箱門，開啟熱參數分析儀，開啟高低溫控制恒溫箱，設定高低溫控制恒溫箱溫度至試驗最低溫度，模擬土體自然降溫過程，由熱參數分析儀實時測量試樣土體熱參數與溫度；