一种获取含水岩体起始冻结温度的方法技术

本发明专利技术公开了一种获取含水岩体起始冻结温度的方法，涉及地质检测技术领域。通过提出一种全新的含水岩体起始冻结温度的测试方法，仅需要检测含水岩体的导热系数、热比容和热扩散系数等热参数指标即可确定起始冻结温度，不需要直接检测含水岩体的起始冻结温度，避免了因预先在岩体中设置测试孔而导致测试准确性低的问题。低的问题。低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种获取含水岩体起始冻结温度的方法


[0001]本专利技术涉及地质检测
，具体而言，涉及一种获取含水岩体起始冻结温度的方法。

技术介绍

[0002]人工地层冻结法在地下工程中的应用日趋广泛，尤其在矿井开挖施工中的应用越来越多。对于软弱岩层，采用人工冻结法施工可增强岩体的承载能力及防水性能。在人工冻结法施工设计中，岩体的起始冻结温度是判断岩体是否处于冻结状态的一个基本物理指标，是确定岩体冻结深度和人工冻岩冻结壁厚度的依据，同时也是影响冻岩中水分迁移、分凝冰生成以及冻胀的重要因素。
[0003]无论是土体还是岩体，由于其组成的复杂性，起始冻结温度一般都低于0.0℃，也就是低于纯净水的起始冻结温度。对土体起始冻结温度测试的常用方法主要有以下两种：
[0004](1)将高精度测温传感体插入土体中，然后采用制冷装置对被测土体降温或将被测土体置于某一恒定低温环境中，根据降温曲线突变特点确定土体的起始冻结温度。
[0005](2)通过冰块和盐溶液混合来维持恒定低温环境，使用热电偶测量处于低温环境中土体的温度，根据温度
‑
时间曲线的跳跃获得被测土体的起始冻结温度。
[0006]以上两种方法的测量原理相同，只是对被测土体的降温方式不同，前者更加灵活，且满足低温环境的温度范围更广。对于岩体来说，必须借助打孔设备先打孔才能将测温探头放入其中，由于测温探头不能与岩体紧密地接触，从而导致测量结果的不确定性。
[0007]所以，寻求一种能够获得含水岩体起始冻结温度的其他方法，能够使检测过程简便易行是亟需解决的技术问题。
[0008]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种获取含水岩体起始冻结温度的方法，旨在更简便易行地检测含水岩体的起始冻结温度，有利于提高检测的准确性。
[0010]本专利技术是这样实现的：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种获取含水岩体起始冻结温度的方法，获取含水岩体在不同环境温度下的热参数指标值，在二维坐标中绘制热参数指标与环境温度曲线，在曲线上寻找热参数指标的突变值，并确定热参数指标突变值对应的温度值T
rf0
，该温度值T
rf0
即为含水岩体的起始冻结温度；
[0012]其中，热参数指标选自导热系数、热比容和热扩散系数中的至少一种。
[0013]在可选的实施方式中，热参数指标为导热系数。
[0014]在可选的实施方式中，测试环境温度在室温T
R
～温度T0范围内热参数指标值，并绘制热参数指标
‑
温度曲线；
[0015]其中，室温T
R
的温度值为0℃～25℃，T0的温度值小于等于
‑
10℃；
[0016]优选地，室温T
R
的温度值为5℃～15℃，T0的温度值为
‑
10℃～
‑
15℃。
[0017]在可选的实施方式中，将待测含水岩体制成圆柱形，将上、下表面修平整得到圆柱形试样；
[0018]将圆柱形试样用包覆膜包覆，以防止水分流失，置于温度可调的保温箱中，测试试样在室温T
R
～温度T0范围内热参数指标值，并绘制热参数指标
‑
温度曲线。
[0019]在可选的实施方式中，采用圆形表面探头法测试圆柱形试样的热参数值，圆柱形表面探头的热参数测量范围覆盖被测含水岩体在室温T
R
～温度T0范围内的热参数值。
[0020]在可选的实施方式中，在室温T
R
至0.0℃范围内，测点数量不少于4个；
[0021]在0.0℃～
‑
5.0℃范围内，测点数量不少于10个；
[0022]在
‑
5.0℃～T0范围内，测点数量不少于4个；
[0023]优选地，在0.0℃～
‑
5.0℃范围内，在T
rf0
前取2个测点，T
rf0
处取1个测点，T
rf0
后取2个测点，测点间隔温度为0.1℃～0.3℃。
[0024]在可选的实施方式中，圆柱形试样的高度为20mm～40mm。
[0025]在可选的实施方式中，圆柱形试样的横截面积大于圆形表面探头的横截面积，且上、下两表面必须平整。
[0026]在可选的实施方式中，包覆膜为保水塑料膜，且测试过程中试样上表面与表面探头下表面直接接触。
[0027]在可选的实施方式中，保温箱的温度范围包含室温T
R
～温度T0，且测量精度满足
±
0.01℃。
[0028]本专利技术具有以下有益效果：通过提出一种全新的含水岩体起始冻结温度的测试方法，仅需要检测含水岩体的导热系数、热比容和热扩散系数等热参数指标即可确定起始冻结温度，不需要直接检测含水岩体的温度，避免了打孔的进行，且避免了测试温度导致的测试准确性低的问题。
[0029]故，本专利技术可以更加简便地确定含水岩体的起始冻结温度，可较准确地判断含水岩体是否处于冻结状态，从而为确定岩体冻结深度和人工冻岩冻结壁厚度提供依据，也为冻岩中水分迁移、分凝冰生成以及冻胀等机理分析提供基础。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0031]图1为土体温度(T)
‑
时间(t)曲线；
[0032]图2为土体导热系数(λ
s
)
‑
温度(T)曲线；
[0033]图3为含水岩体导热系数(λ
r
)
‑
温度(T)曲线；
[0034]图4为本专利技术提供含水岩体起始冻结温度的测试方法原理图；
[0035]图5为实施例1土体温度(T)
‑
时间(t)曲线；
[0036]图6为实施例1土体导热系数(λ
s
)
‑
温度(T)曲线；
[0037]图7为实施例2比热容(C
s
)
‑
温度(T)曲线；
[0038]图8为实施例3热扩散系数(α
s
)
‑
温度(T)曲线；
[0039]图9为实施例4温度(T)
‑
时间(t)曲线；
[0040]图10为实施例4导热系数(λr)
‑
温度(T)曲线。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获取含水岩体起始冻结温度的方法，其特征在于，获取含水岩体在不同环境温度下热参数指标的测试值，在二维坐标中绘制热参数指标与环境温度曲线，在曲线上寻找所述热参数指标的突变值，并确定所述热参数指标突变值对应的温度值，该温度值即为含水岩体的起始冻结温度T
rf0
；其中，所述热参数指标选自导热系数、热比容和热扩散系数中的至少一种。2.根据权利要求1所述的获取含水岩体起始冻结温度的方法，其特征在于，所述热参数指标为导热系数。3.根据权利要求1或2所述的获取含水岩体起始冻结温度的方法，其特征在于，测试环境温度在室温T
R
～温度T0范围内热参数指标值，并绘制热参数指标
‑
温度曲线；其中，室温T
R
的温度值为0℃～25℃，T0的温度值小于等于
‑
10℃；优选地，室温T
R
的温度值为5℃～15℃，T0的温度值为
‑
10℃～
‑
15℃。4.根据权利要求3所述的获取含水岩体起始冻结温度的方法，其特征在于，将待测含水岩体制成圆柱形，将上下表面修平整得到圆柱形试样；将所述圆柱形试样用包覆膜包覆，以防止水分流失，置于温度可调的保温箱中，测试试样在室温T
R
～温度T0范围内热参数指标值，并绘制热参数指标
‑
温度曲线。5.根据权利要求4所述的获取含水岩体起始冻结...

【专利技术属性】
技术研发人员：张淑娟，王亚鹏，孙志忠，杜玉霞，
申请(专利权)人：中国科学院西北生态环境资源研究院，
类型：发明
国别省市：