[发明专利]一种适用于饱和冻土的导热系数计算方法

说明书

本发明提供一种适用于饱和冻土的导热系数计算方法，该方法包括步骤有计算所求干密度ρ_d的饱和冻土的土颗粒的体积含量；依据未冻水测试试验确定所求干密度ρ_d的饱和冻土的未冻水含量；确定饱和砂质冻土中的孔隙冰体积含量；分别计算饱和砂质冻土中土骨架、未冻水、孔隙冰所占饱和砂质冻土的体积比；计算饱和冻土的导热系数λ。本发明的有益效果是：为冻土导热系数研究及土工热计算提供了新的计算方法；本计算方法综合考虑多种影响因素的影响，涉及未知参数少，计算结果与实测结果平均误差低于5％。

技术领域

本发明涉及岩土体传热技术领域，特别涉及一种适用于饱和冻土的导热系数计算方法，用于寒区温度变化情况下分析，冻结法施工过程中冻结岩土体温度场的计算，以及冻土物理热参数的理论研究。

背景技术

导热系数是岩土体的重要热参数，是影响土体温度场的重要因素。饱和常温土由土水两相构成，分析计算尚不复杂。但是对于由土水冰三相构成的饱和冻土而言，需考虑温度的影响，从而增大了分析饱和冻土导热系数的难度。温度的变化影响着饱和冻土中土、水、冰三者之间的相对含量，从而影响饱和冻土导热系数。得知不同温度下饱和冻土中未冻水含量是计算饱和冻土导热系数的关键。如何较为准确的获得土体导热系数是进行理论研究与实际应用的关键问题。

目前，由于测试手段及测试理论的不完善，导致通过室内测试的冻土导热系数精确度不高；现场实测的环境影响因素多，操作难度大，故也会导致测试结果产生较大偏差。通过理论公式计算是获得饱和冻土导热系数的另一个重要途径，但是由于现有理论公式是基于非土体研究演化而来，因此对多介质构成的饱和冻土的适用性还有待验证。还可以通过经验公式获得饱和冻土导热系数，但是经验公式往往基于地区土体测试数据拟合得出，并不能适用于其他地区土体或其他类型土体，因此存在一定的局限性。因此如何准确获得土体导热系数是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种饱和冻土导热系数的计算方法，该方法涉及参数易获得，计算步骤简便，能较为便捷的获得饱和冻土的导热系数。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种适用于饱和冻土的导热系数计算方法，包括以下步骤：

1)所计算的饱和冻土的干密度为ρ_d，依据式(1)可计算饱和冻土土骨架的体积含量V_s，式(1)为：

式中，V_s为饱和冻土土骨架的体积含量；ρ_d为饱和冻土的干密度；d_s为饱和冻土对应干土的相对密度；ρ_w为饱和冻土中孔隙水的密度；V为饱和冻土的总体积；

2)跟据冻土未冻水含量的测试试验可以确定对应干密度为ρ_d时的饱和冻土的未冻水含量W_u，并依据式(2)计算出饱和冻土中未冻水的体积含量V_u，式(2)为：

式中，V_u为饱和冻土的未冻水体积含量；ρ_d为饱和冻土干密度；ρ_w为水的密度；W_u为饱和冻土的未冻水含量；

3)依据式(3)确定饱和冻土中的孔隙冰体积含量V_i，式(3)为

V_i＝1.1(V_未冻土-V_s-V_u) (3)

饱和冻土中土骨架、未冻水、孔隙冰的体积含量存在式(4)关系

V_冻土＝V_s+V_u+V_i (4)