一种实时测量土体热参数的试验方法技术

本发明专利技术提供一种实时测量土体热参数的试验方法，包括：步骤一、提供热参数试验设备，包括：将高低温控制恒温箱侧面开一圆形孔，导线穿过该圆形孔，一端与箱内热探针连接、另一端与箱外热参数分析仪相连；步骤二、制备试样；步骤三、将热探针表面涂抹适量传热硅脂；步骤四、将所述热探针插入所述试样内，并置于高低温控制高低温控制恒温箱中，选择测量模式；步骤五、关闭高低温控制恒温箱箱门，开启热参数分析仪，开启高低温控制恒温箱，模拟土体自然降温过程，由热参数分析仪实时测量试样土体热参数与温度；步骤六、待试样内温度稳定后，关闭高低温控制恒温箱，模拟土体自然升温过程，由热参数分析仪实时测量试样土体热参数与温度。

A test method for measuring the thermal parameters of soil in real time

The invention provides an experimental method for measuring the thermal parameters of the soil in real time, including: Step 1, providing thermal parameter test equipment, including: opening a circular hole in the side of a thermostat box with high and low temperature control, the wire passing through the circular hole, one end connected with the heat probe in the box, and the other end connected with the external heat parameter analyzer of the box; step two. Step three, apply a proper amount of heat transfer silicon grease on the surface of the heat probe; step four, insert the heat probe into the sample, and place it in the high and low temperature control thermostat, select the measurement mode; step five, close the high and low temperature control box door, open the thermal parameter analyzer and open the high and low temperature control. A constant temperature box is used to simulate the natural cooling process of soil, and the thermal parameters and temperature of the soil sample are measured by the thermal parameter analyzer. Step six, after the temperature is stable in the sample, the constant temperature box is controlled by the high and low temperature control, and the natural temperature of soil is simulated by the thermal parameter analyzer.

【技术实现步骤摘要】
一种实时测量土体热参数的试验方法
：本专利技术属于热学试验
，具体涉及的是一种实时测量土体热参数的试验方法，该方法利用一套实时测量土体热参数的试验设备，并采用热探针法进行土体热参数的测量，考察土体在不同条件下的热物理性质，为土体温度场的计算提供试验参数，进而为土体热稳定性的判别提供参考。
技术介绍
：土体的热参数包括导热系数、比热容、热扩散系数，导热系数定义为单位截面、单位长度的材料在单位温差下和单位时间内直接传导的热量；比热容定义为单位质量物体改变单位温度时所吸收或释放的内容；热扩散系数可由导热系数与比热容求得。土体作为地表和地下建筑物的支撑，其热学稳定性直接关系到地表和地下工程建筑物能否安全运营，准确测量土体在不同条件下的热学参数，是获取土体精确温度场的关键，对于判别土体热学稳定性具有重要的参考价值。目前，对于土体热参数的方法较多，以导热系数为例，可分为稳态法和非稳态法，其中稳态法包括纵向热流法、Frobes棒法、径向热流法、直接电加热法、热电法、热比较法；非稳态法包括周期热流法和瞬态热流法。但其所有方法对于土体热参数的测量均采用静态测量，即利用高低温控制恒温箱控制土体试样温度，待试样温度稳定后对其热参数进行一次测量，后继续控制高低温控制恒温箱温度至另一试验温度，进行下一次测量，以此类推。这种测量方法只能测出某一温度下土体热参数，无法对热参数随温度的变化进行实时监测，导致其测量过程中可能存在失真等问题，需平行试验与其对比验证，且这种方法每次测量均需确保试样温度均匀，测量较为耗时。本专利技术试验方法实现了实时测量土体热参数，能够实时监测土体热参数随温度的变化，无需平行试验，且测量快速、准确。
技术实现思路
：本专利技术的目的是补充现有测量土体热参数试验方法的不足，为获取不同条件下土体热参数随温度的动态变化规律，从而真实反映土体热学性质，为土体温度场的计算提供准确的热参数，进而为土体热学稳定性的判别提供参考。一种实时测量土体热参数的试验方法，包括：步骤一、提供热参数试验设备，包括：将高低温控制恒温箱侧面开一圆形孔，导线穿过该圆形孔，一端与高低温控制恒温箱内热探针连接、另一端与高低温控制恒温箱外热参数分析仪相连，组成测量土体热参数的热参数试验设备，所述圆形孔处使用与之配套的保温材料填充，使其不影响高低温控制恒温箱精度；步骤二、制备试样，将在通辽采集的粉质砂土在110℃的环境下烘烤12h，研磨后，配制成含水率分别为4％、6％、10％、14％的散土体，并在限制蒸发的条件下保持12h，使土体中水分充分均匀，然后按照最大干密度分5层装模，模具为内高120mm，直径47mm的圆柱体；步骤三、将热探针表面涂抹适量传热硅脂；步骤四、将所述热探针插入所述试样内，并置于高低温控制高低温控制恒温箱中，热探针另一端经由所述导线与热参数分析仪相连，并设置热参数分析仪读取数据时间间隔，选择测量模式；步骤五、关闭高低温控制恒温箱箱门，开启热参数分析仪，开启高低温控制恒温箱，设定高低温控制恒温箱温度至试验最低温度，模拟土体自然降温过程，由热参数分析仪实时测量试样土体热参数与温度；步骤六、待试样内温度达到高低温控制恒温箱设置温度且稳定后，关闭高低温控制恒温箱，使试样土体在高低温控制恒温箱内自然升温，模拟土体自然升温过程，由热参数分析仪实时测量试样土体热参数与温度。进一步，试样的制备采用了土力学试验中的制样方法。进一步，所采用热探针与热参数分析仪只需满足精度与测量要求即可。进一步，进行测量土体热参数时，考虑了探针与试样土体间的接触不良问题，并于探针上涂抹了适量传热硅脂。进一步，进行测量时，降温过程由高低温控制恒温箱控制,升温过程为试样土体在高低温控制恒温箱内自然升温，能够模拟土体的自然升降温过程，即可实时监测冻融循环过程中土体热参数的变化；所述试验最低温度为-25～15℃，最高温度为18～35℃。进一步，进行测量时，温度与热参数由热探针同时测得，使温度与热参数相对应。进一步，数据读取按照热参数分析仪根据预先设置好的时间间隔进行连续读取，实现了土体热参数的实时测量。进一步，在进行测量时，采取实时测量，相邻两次数据读取结果可对比，无需平行试验，消除了平行试验试样不同所造成的误差与数据不稳定问题。进一步，测量结果中，热参数与温度随时间的变化曲线上均出现了明显的相变点，且二者位置相对应。进一步，该测量方法不仅可实时测量土体热参数，且可用于实时测量土体未冻水含量，只需将其测量探头更换即可所述高低温控制恒温箱为特制高低控制恒温箱，其侧面预留有引线孔，对精度无特别要求。本专利技术的有益效果包括：(1)本专利技术提出了一种实时测量土体热参数的试验方法，对目前土体热参数测试方法存在的不足进行了补充；(2)本专利技术所采用高低温控制恒温箱为特制恒温箱，侧面预留引线孔，可使安装有热探针的试样位于高低温控制恒温箱内，热参数分析仪置于高低温控制恒温箱外，并由通过引线孔的导线相连，组成热参数的实时测量设备。(3)本专利技术在测量热参数时考虑了探针与试样土体接触不良问题，并于探针上涂抹了适量传热硅脂。(4)本专利技术通过高低温控制恒温箱对试样土体进行降温后，在高低温控制恒温箱内自由升温，模拟了土体自然升降温过程；且试样始终位于高低温控制恒温箱内，温度与热参数测量由热探针同时直接测得，保证了其测量结果的准确性。(5)本专利技术热参数测量时间间隔可控，即可根据需求进行热参数的实时监测。(6)本专利技术由于测量过程中探针位置不变，且可通过对数据读取时间间隔进行设置，使其在同一温度下可进行多次数据读取，即本专利技术对热参数的测量无需平行试验，消除了平行试验试样不同造成的误差与数据不稳定问题。(7)本专利技术所测热参数与温度随时间的变化曲线均有明显的相变点，且二者位置相对应。(8)本专利技术对热参数的测量同时适用于降温与升温过程，能够模拟土体自然升降温过程，即可实时监测冻融循环过程中土体热参数的变化。(9)本专利技术对热参数的测量过程除试样的制备与测量设备准备外无人为因素干扰，消除了因个人操作差异造成的误差。(10)本专利技术试验方法不仅可实时测量土体热参数，同时可用于实时测量土体未冻水含量，只需增添未冻水含量探头即可。附图说明：附图1为本专利技术试样制备所采用烘箱示意图；附图2为热探针与热参数分析仪示意图；附图3为测量土体热参数试验设备示意图；附图4为含水率为4％、6％、10％、14％的取自通辽的粉质砂土导热系数、温度随时间的变化规律图。具体实施方式：以下通过具体试验过程对本专利技术特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业研究人员的理解：本专利技术提供的实时测量土体热参数的试验方法，采用取自通辽的粉质砂土配置成含水量为4％、6％、10％、14％的试样进行试验，具体步骤如下：1、提供试验设备将高低温控制恒温箱侧面开一圆形孔，作为引线孔，使导线能够穿过该孔与高低温控制恒温箱内热探针、高低温控制恒温箱外热参数分析仪相连，组成测量土体导热系数的试验设备，该圆孔处使用与之配套的保温材料填充，使其不影响高低温控制恒温箱精度；2、试样的制备本专利技术实施例的试样采用内蒙古通辽市的粉质砂土，采用标准批量制样过程，即在制样前，先将土样在烘箱内烘烤12h，控制烘箱温度为110℃，后将其充分研磨，配制成含水率分别为4％、6％、10％、14％的散土本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时测量土体热参数的试验方法，其特征在于：包括：步骤一、提供热参数试验设备，包括：将高低温控制恒温箱侧面开一圆形孔，导线穿过该圆形孔，一端与高低温控制恒温箱内热探针连接、另一端与高低温控制恒温箱外热参数分析仪相连，组成测量土体热参数的热参数试验设备，所述圆形孔处使用与之配套的保温材料填充，使其不影响高低温控制恒温箱精度；步骤二、制备试样，将在通辽采集的粉质砂土在110℃的环境下烘烤12h，研磨后，配制成含水率分别为4％、6％、10％、14％的散土体，并在限制蒸发的条件下保持12h，使土体中水分充分均匀，然后按照最大干密度分5层装模，模具为内高120mm，直径47mm的圆柱体；步骤三、将热探针表面涂抹适量传热硅脂；步骤四、将所述热探针插入所述试样内，并置于高低温控制高低温控制恒温箱中，热探针另一端经由所述导线与热参数分析仪相连，并设置热参数分析仪读取数据时间间隔，选择测量模式；步骤五、关闭高低温控制恒温箱箱门，开启热参数分析仪，开启高低温控制恒温箱，设定高低温控制恒温箱温度至试验最低温度，模拟土体自然降温过程，由热参数分析仪实时测量试样土体热参数与温度；步骤六、待试样内温度达到高低温控制恒温箱设置温度且稳定后，关闭高低温控制恒温箱，使试样土体在高低温控制恒温箱内自然升温，模拟土体自然升温过程，由热参数分析仪实时测量试样土体热参数与温度。...

【技术特征摘要】
1.一种实时测量土体热参数的试验方法，其特征在于：包括：步骤一、提供热参数试验设备，包括：将高低温控制恒温箱侧面开一圆形孔，导线穿过该圆形孔，一端与高低温控制恒温箱内热探针连接、另一端与高低温控制恒温箱外热参数分析仪相连，组成测量土体热参数的热参数试验设备，所述圆形孔处使用与之配套的保温材料填充，使其不影响高低温控制恒温箱精度；步骤二、制备试样，将在通辽采集的粉质砂土在110℃的环境下烘烤12h，研磨后，配制成含水率分别为4％、6％、10％、14％的散土体，并在限制蒸发的条件下保持12h，使土体中水分充分均匀，然后按照最大干密度分5层装模，模具为内高120mm，直径47mm的圆柱体；步骤三、将热探针表面涂抹适量传热硅脂；步骤四、将所述热探针插入所述试样内，并置于高低温控制高低温控制恒温箱中，热探针另一端经由所述导线与热参数分析仪相连，并设置热参数分析仪读取数据时间间隔，选择测量模式；步骤五、关闭高低温控制恒温箱箱门，开启热参数分析仪，开启高低温控制恒温箱，设定高低温控制恒温箱温度至试验最低温度，模拟土体自然降温过程，由热参数分析仪实时测量试样土体热参数与温度；步骤六、待试样内温度达到高低温控制恒温箱设置温度且稳定后，关闭高低温控制恒温箱，使试样土体在高低温控制恒温箱内自然升温，模拟土体自然升温过程，由热参数分析仪实时测量试样土体热参数与温度。2.根据权利要求1所述的一种实时测量土体热参数的试验方法，其特征在于：试样的制备采用了土力学试验中的制样方法。3.根据权利要求1所述的一种实时测量土体热参数的试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学超，曹阳，赵德辉，张才明，陈诚，徐湘田，白瑞强，杨宗维，刘庆贺，
申请(专利权)人：国网内蒙古东部电力有限公司经济技术研究院，国网内蒙古东部电力设计有限公司，内蒙古大学，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15