[發明專利]一種確定土體礦物導熱系數的方法

有效

• 申請號: 201910305488.1
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN109975350B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 高凌霞;陳之祥;郭曉霞;李順群;姜蕾;覃麗坤
• 申請（專利權）人: 大連民族大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 李楠

本發明涉及一種確定土體礦物導熱系數的方法，屬于土工熱參數測試領域。主要技術方案如下：確定土?水體積各占50％時飽和土的干密度ρ_d，計算土?水體積各占50％時飽和土的含水率w，依據ρ_d、w，制備圓柱形飽和土樣，所述圓柱形飽和土樣所用模具凈尺寸，直徑×高度為50mm×100mm；采用探針法測定制備的飽和土土樣的導熱系數λ。該發明計算方法直觀、計算程序簡明，為確定土體礦物的導熱系數提供一種手段。通過標定試驗相對誤差分析，該計算方法將傳統方法的最大誤差由48.9％降至了6.06％。精度的提高能夠最大限度提升熱參數的計算精度，為土體溫度場的計算提供便利。

技術領域

本發明屬于土工熱參數測試領域，具體涉及一種確定土體礦物導熱系數的方法。

背景技術

土是由固相物質、水和氣組成的多相體，土的導熱系數常依據土中各相的導熱系數及各相的體積含量進行計算。土中水和氣體的導熱系數可依據化學方法測定，土中固相物質是土中固相顆粒的總稱，是由不同粒徑和種類的固體礦物、有機質組成的，常見的土中固相物質有石英、長石、云母等。因此，欲確定土中固相物質的導熱系數，就需要預先確定土中固相物質中各個成分的導熱系數及其體積含量。將土中固相物質各個成分進行分離是存在極大困難的。因此，提供一種能夠確定土體礦物導熱系數的方法，對于土的導熱系數計算是必要的。

申請號201710574906.8采用Johansen的幾何平均法給出了一種計算土體礦物導熱系數的方法，由于Johansen在用于多相材料的導熱系數計算中，各相之間的導熱系數差別越大，其計算結果誤差也就越大，因此，該方法的計算精度和適用范圍是有限的。因而，迫切需要一種計算精度更高、計算程序更為簡便的土體礦物導熱系數確定方法。

發明內容

本發明目是提供一種確定土體礦物導熱系數的方法，以利于多種礦物組成的土體固相成分的導熱系數計算，服務于土體的導熱系數計算。為實現上述目的，本發明提出一種確定土體礦物導熱系數的方法，該方法包括以下步驟：一種確定土體礦物導熱系數的方法，該方法包括以下步驟：

(一)依據公式(1)確定土-水體積各占50％時飽和土的干密度ρ_d，式(1)為：

式(1)中：ρ_d為土-水體積各占50％時飽和土的干密度；d_s為土中固相物質密度，在數值上等于土的相對密度；V為飽和土的體積；

(二)依據公式(2)計算土-水體積各占50％時飽和土的含水率w，式(2)為：

式(2)中：w為土-水體積各占50％時飽和土的含水率；d_s為土中固相物質密度，在數值上等于土的相對密度；

(三)依據ρ_d、w，制備圓柱形飽和土樣，所述圓柱形飽和土樣所用模具凈尺寸，直徑×高度為50mm×100mm；

(四)采用探針法測定步驟(三)制備的飽和土土樣的導熱系數λ，并依據公式(3)計算土體礦物的導熱系數k_i，公式(3)為：

k_i＝1.7817λ-0.505 (3)

式(3)中，k_i為土體礦物的導熱系數。

本發明方法原理：采用二相介質的概率隨機分布模型，通過建立50％孔隙率下的固體和流體二相分布模型，得到了不同節點的熱流密度，進而擬合得到了固體導熱系數與總體導熱系數之間的關系，在此基礎上形成了一種確定土體礦物導熱系數的方法。