[發明專利]一種計算高含水率軟土導熱性能的方法

在審

• 申請號: 202211200512.3
• 申請日: 2022-09-29
• 公開（公告）號: CN115618582A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 周殷康;鄒勇;賬國圣;謝勝華;胡志杰
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18;G01N23/207;G01N15/02;G06F111/08;G06F119/08
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 田甜

本發明公開了一種計算高含水率軟土導熱性能的方法，涉及土體熱物性技術領域，包括以下步驟：獲取高含水率軟土的三相組成，計算高含水率軟土的固相體積比例N_s和氣相飽和度S_g；獲取高含水率軟土的粒度組成和粒徑分布曲線，提取高含水率軟土的中值粒徑d₅₀；獲取高含水率軟土的礦物組成，提取高含水率軟土的石英百分含量ζ；利用隨機建模算法，以土顆粒為初始生長相、孔隙水為背景相構建高含水率軟土兩相網格模型；在水飽和孔隙相區域內，以孔隙氣為二次生長相構建高含水率軟土三相網格模型；對高含水率軟土三相網格模型開展穩態導熱模擬，根據熱流平衡法求解溫度離散方程組，根據傅立葉定律計算高含水率軟土導熱系數。

技術領域

本發明涉及土體熱物性技術領域，具體為一種計算高含水率軟土導熱性能的方法。

背景技術

在軟土區地下工程熱環境控制以及凍結法施工等涉及傳熱分析的工程設計中，高含水率軟土的導熱性能是至關重要的關鍵參數。目前，主要采用取樣測試的方法來確定高含水率軟土導熱性能。

然而，高含水率軟土多呈軟塑-流塑狀態，試樣成型困難且易受擾動，導致傳統的取樣測試方法在求取高含水率軟土導熱性能中受到一定限制。因此，有必要開發新的替代手段以求取高含水率軟土導熱性能。

發明內容

隨著計算機技術的發展，數值仿真逐漸成為計算土體導熱性能的重要工具，也為本發明中替代計算方法指明了方向。鑒于上述問題，本發明經過長時間的研究和實踐，在系統分析軟土導熱性能影響因素基礎上，通過細觀建模在計算機上重構高含水率軟土三相網格模型，然后開展穩態導熱模擬并計算其導熱系數，最終提出了一種計算高含水率軟土導熱性能的方法，具體包括以下步驟：

獲取高含水率軟土中固相、液相、氣相的三相組成，并根據三相組成獲取高含水率軟土中固相與三相的體積比例N_s和氣相飽和度S_g；

獲取高含水率軟土的中值粒徑d₅₀；

獲取高含水率軟土的礦物組成，并從礦物組成中提取高含水率軟土的石英百分含量ζ；

以高含水率軟土中的固相顆粒為生長相，孔隙水為背景相，基于高含水率軟土的固相體積比例N_s、中值粒徑d₅₀，利用隨機建模算法構建高含水率軟土兩相網格模型；

在兩相網格模型的飽和孔隙水相區域內，以孔隙氣為生長相，孔隙水為背景相，基于氣相飽和度S_g，嵌套構建高含水率軟土三相網格模型；

基于石英百分含量ζ，計算軟土固相導熱系數，根據軟土固相導熱系數對高含水率軟土三相網格模型開展穩態導熱模擬，并根據傅立葉定律計算高含水率軟土導熱系數。

進一步的，所述獲取高含水率軟土中固相、液相、氣相的三相組成，具體包括：

通過基本土工試驗獲取高含水率軟土中固相、液相、氣相的三相組成，包括通過烘干獲取軟土含水率w，通過環刀樣稱重測試密度ρ，通過比重瓶法測試軟土土顆粒比重G_s。

進一步的，所述高含水率軟土的固相體積比例N_s和氣相飽和度S_g通過下式計算獲得：

N_s＝ρ/G_s(1+w)

S_g＝1-ρ·G_s·w/[G_s(1+w)-ρ]

其中，N_s為固相體積比例，ρ為測試密度，w為軟土含水率，S_g為氣相飽和度。

進一步的，所述獲取高含水率軟土的中值粒徑d₅₀，具體包括：