[发明专利]一种土体导热系数测试方法及试验装置

说明书

本发明公开了一种土体导热系数测试方法及试验装置,该方法包括以下步骤：1）对土样进行电阻率和导热系数测试试验，同时获得土样的电阻率和导热系数数据；2）建立试样电阻率与导热系数的相关关系；3）根据现场或实验室测试的电阻率数据，预测土体的导热系数。鉴于土体导热系数和电阻率与土体结构参数均具有强烈的相关性的特点，本发明提出根据简单易测的电阻率指标，快速获得土体导热系数的方法及试验装置。在不破坏样本的前提下，根据试验测试电阻率数据，实现方便快捷地预测土样的导热系数，非常适合现场大面积岩土体的导热系数检测。

技术领域

本发明涉及一种土体导热系数测试方法及试验装置，属于岩土体导热性测试技术领域。

背景技术

岩土体导热系数是研究工程热传导问题的关键热工参数之一，是反映岩土体导热性能的最重要的参数。目前直接测定材料导热系数的方法主要有稳态法和非稳态法。稳态法通过对试样施加温度扰动，待试样内部温度场分布稳定后，根据试样内部温度梯度和热流量，计算材料的导热系数，该方法测试耗时长，对试验条件要求高，因此应用受到一定限制。非稳态法是根据测量试样内部或边界在温度扰动作用下的响应，结合适当反分析方法，计算材料的导热系数，该方法对测量环境要求苛刻，测试结果准确性依赖于试验测试数据的精度和反分析方法的适定性。

导热系数是材料固有的热物理属性，其大小取决于材料的内部结构、孔隙流体特性和环境等诸多因素。电阻率是表征介质导电性的物理量，同样取决于土体的结构特征和孔隙流体特性，如土体颗粒成分和状态、孔隙率、孔隙结构、饱和度、温度等。电阻率法作为一种方便、无损、快速、低廉的检测手段，已经被广泛应用于岩土领域。因此，如果能建立导热系数与电阻率的相关关系，采用电阻率快速无损测试材料导热系数，对于指导实践及现场快速检测均具有重要指导意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种土体导热系数测试方法及试验装置，用于快速无损地检测土体导热系数。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种土体导热系数测试的试验装置，包括电脑、装样装置、导热系数测试装置和电阻率测试装置；

所述装样装置包括试模，所述试模的一端布置土体试样，另一端布置细砂，其中，所述土体试样的两端分别布置第一铝板和第二铝板，用于测试土体试样的电阻，且所述第一铝板位于所述土体试样和所述细砂之间；所述试模的底部和顶部还分别布置有保温泡沫板，且所述土体试样和所述细砂置于保温泡沫板之间；

所述导热系数测试装置包括用于供电的直流电源、温度控制装置和温度采集装置，其中，所述温度控制装置包括布置在细砂中的加热棒；所述温度采集装置包括数据采集卡以及分别与其连接的布置在所述第一铝板两端的第一温度传感器和第二温度传感器、布置在所述第二铝板内侧的第三温度传感器、布置在所述土体试样中部的湿度传感器，所述数据采集卡与所述电脑连接；

所述电阻率测试装置包括电阻测试仪、继电器模块，其中，所述电阻测试仪通过所述继电器模块与第一铝板和第二铝板连接，所述电阻测试仪与所述电脑连接。

作为本发明的进一步技术方案，所述电阻测试仪的正电极通过继电器模块的接口OUT1和OUT2分别与第一铝板和第二铝板连接，负电极通过接口OUT3和OUT4分别与第二铝板和第一铝板连接，第一铝板和第二铝板通过继电器模块的接口OUT8短接。

作为本发明的进一步技术方案，采用二相电极法测试土体试样的电阻，第一铝板(10)和第二铝板分别作为两个电极测点。

另一方面，本发明还提供一种基于如上任一所述的土体导热系数测试的实验装置的测试方法，包括以下步骤：

1)对土体试样进行电阻率和导热系数测试试验，同时获得土体试样的电阻率和导热系数数据；

2)建立土体试样的电阻率与导热系数的对应关系；