[发明专利]用于测定冻土各向导热系数的装置及其测试方法

说明书

本发明提供用于测定冻土各向导热系数的装置，该装置的加热测温探针的内部布置有加热丝、上测温点、下测温点、探针壁、填充砂；测温探针端部内壁设置有测温点，测温探针的探针壁、填充砂；数据线经手柄孔道和探针安装孔与一根加热测温探针和三根测温探针相连接；将数据线与数据采集系统相连接。同时提供一种用于测定冻土各向导热系数的装置的测试方法。本发明的效果是该方法具备测试时间较短、计算便捷等特征，为计算冻土各向的导热系数提供一种手段。通过对比计算和实测值，该装置的预测误差在7.2％以内。精度的提高能够最大限度提升对冻土热传导性能的认识，为冻土温度场的热参数选取提供保障。

技术领域

本发明属于冻土工程的热参数测试领域，用于测定冻土各向导热系数的装置及其测试方法，可同时测定不同负温冻土在不同方向的导热系数。

背景技术

冻土是由土骨架、水、冰和气体组成的四相体系，受土体碎散和结构性影响，土体具有较强的各向异性特性。不同温度下的非饱和冻土中水分分布情况复杂，受冷源和土体宏微观力影响，土体中的未冻水进行着非线性的水分迁移。因此，冻土的导热系数呈现出较大的各向异性。

常规冻土温度场计算中，导热系数通常假定为各向同性或正交各向异性，这与冻土实际是不相符的。将某一方向冻土的导热系数作为冻土的实际导热系数，使得温度场计算值与真值之间存在一定误差，据数值分析这种误差约为真值的10％～75％。目前的冻土导热系数方法分为稳态法和瞬态法，稳态法测定的为某区域冻土导热系数的平均值，瞬态法一般仅能测定某一方向冻土的导热系数。因此，有必要对冻土导热系数的各向异性特性进行认识，从而正确认识和评估冻土的温度场分布。该方法对提升冻土工程的温度场计算精度具有重要价值。

发明内容

本发明目是提供用于测定冻土各向导热系数的装置及其测试方法，实现冻土各向导热系数的直接测试，将需要多次测试的土体各向导热系数简化为一次，同时解决了试样易扰动和测试热源不唯一的难题。

为实现上述目的，本发明提供一种用于测定冻土各向导热系数的装置，用于测定冻土各向导热系数的装置插入土体内部，并与数据采集系统相连接，其特征是：该装置包括一根加热测温探针、三根测温探针、手柄、数据线，所述加热测温探针的内部布置有加热丝、上测温点、下测温点、探针壁、填充砂；测温探针端部内壁设置有测温点，测温探针的探针壁、填充砂；手柄由手持圆柱和安装圆柱组成，手持圆柱的圆面和安装圆柱的圆面相连接，安装圆柱上设置有四个探针安装孔。数据线经手柄孔道和探针安装孔与一根加热测温探针和三根测温探针相连接；数据线由加热测温探针的一组加热线、加热测温探针的二组测温线和测温探针的三组测温线组成；将数据线与数据采集系统相连接，即形成本发明的用于测定冻土各向导热系数的装置。

同时提供一种用于测定冻土各向导热系数的装置的测试方法。

本发明的效果是该方法具备测试时间较短、计算便捷等优势，为计算冻土各向的导热系数提供一种手段。通过对比计算和实测值，该装置的预测误差在7.2％以内。精度的提高能够最大限度提升对冻土热传导性能的认识，为冻土温度场的热参数选取提供保障。

附图说明

图1为本发明的用于测定冻土各向导热系数的装置；

图2为本发明涉及的加热测温探针组成示意图；

图3为本发明涉及的测温探针示意图；

图4为本发明涉及的手柄左视图；

图5为本发明涉及的手柄右视图。

图中：

1.加热测温探针 2.测温探针 3.手柄 4.数据线 11.加热丝

12.上测温点 13.下测温点 14.探针壁 15.填充砂 21.测温点

31.手持圆柱 32.安装圆柱 33.探针安装孔 34.孔道 41.加热线