一种岩体热物性参数的现场测试系统，钻孔将加热棒埋入在岩体内，加热棒与恒功率电源连接，在加热棒周围岩体的不同位置布置有多个测量孔，测量孔内设有温度传感器，所述的加热棒和温度传感器还与温度—时间记录仪连接。一种采用上述的系统获取岩体热物性参数的方法，包括以下步骤：一、在岩体中钻孔埋设加热棒，以恒定功率加热岩体；二、在岩体不同位置埋设温度传感器，记录不同时刻下岩体的温度响应（温度-时间曲线）；三、用实测岩体的温度-时间曲线拟合测试系统的传热模型求得岩体的热物性参数；通过上述步骤获得岩体热物性参数。本发明专利技术和原有的取样法相比，测试对象的尺度大，测得的热物性参数反映了现场岩体的宏观热物理特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种岩体热物性参数的现场测试系统与方法，本专利技术尤其适用于含有 固体、裂隙、气体、液体等多相混合的大体积不连续介质，如岩体的热物性参数现场测定。
技术介绍
目前岩体的热物性参数的方法有取样法和反演法。其中取样法是对现场采集样 本，通过室内试验测定样本的热物性参数，实际上测定的是岩石的热物性参数而非岩体的 热物性参数。因为岩体通常包含填充有空气、水等介质裂隙，所以测得的热物性参数忽略了 岩体裂隙的影响，不能表征岩体实际的热物理特性。反演法是在现场监测岩体的温度场后， 采用数值软件计算现场温度边界条件下不同导热系数材料的温度场，选择其中与现场测得 温度场最接近时的导热系数作为岩体的导热系数。其缺点是测试周期长且测试结果有较大 的不确定性1.测试周期从十几天至一个月，测试期间现场不确定因素对测试结果的扰动 大，因此反演得到的岩体导热系数具有较大的不确定性；2.仅能测定岩体的导热系数，无 法得到岩体的热扩散系数和比热。中国专利201010605803.1公开了一种钻入式原位分层测试岩土热物性参数的 方法及所用装置，通过设置在探针管内的加热丝和热电偶获得分层岩土层的热物性参数， 用以克服因分层样品变形后而造成岩土体导热系数变小，从而测试数据不真实的技术的问 题。存在的问题是，由于加热丝和热电偶设于同一个针管内，即便采用填充低热容材料的技 术手段，但是仍然很难避免加热丝与热电偶在针管内的互相干扰，因此测试数据很难确保 精确。而且采用本专利技术的装置也仅能测量沿探针管的岩土体导热系数，由于多加热源的原 因，对于多个点的岩土体导热系数难以确保数据的准确。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种岩体热物性参数的现场测试系统与方法， 可以方便准确获取岩体热物性参数，且适用于岩体包含有裂隙，裂隙中填充有空气、水等介 质的情况。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是一种岩体热物性参数的现场 测试系统，钻孔将加热棒埋入在岩体内，加热棒与恒功率电源连接，在加热棒周围岩体的不 同位置布置有多个测量孔，测量孔内设有温度传感器，所述的加热棒和温度传感器还与温 度一时间记录仪连接。所述的测量孔内设有多个温度传感器。所述的多个温度传感器在测量孔内均布。一种采用上述的系统获取岩体热物性参数的方法，包括以下步骤一、在岩体中钻孔埋设加热棒，以恒定功率加热岩体；二、在岩体不同位置埋设温度传感器，记录不同时刻下岩体的温度响应(温度-时 间曲线)；三、用实测岩体的温度-时间曲线拟合测试系统的传热模型求得岩体的热物性参数；通过上述步骤获得岩体热物性参数。在测试开始前读取环境气温及不同深度处的围岩温度，并设定加热棒的功率。测试开始后定时读取测温孔内温度传感器的读数。优化的方案中，采用以下的传热模型假定介质的热物性参数为(λω，aini)，根据下式计算岩体中相应位置在\时刻的温度响应Tm1 (tj)； 权利要求1.一种岩体热物性参数的现场测试系统，其特征是钻孔将加热棒(I)埋入在岩体内，加热棒(I)与恒功率电源连接，在加热棒(I)周围岩体的不同位置布置有多个测量钻孔 (3 )，测量孔(3 )内设有温度传感器(5 )，所述的加热棒(I)和温度传感器(5 )还与温度一时间记录仪(6)连接。2.根据权利要求1所述的一种岩体热物性参数的现场测试系统，其特征是所述的测量孔(3)内设有多个温度传感器(5)。3.根据权利要求2所述的一种岩体热物性参数的现场测试系统，其特征是所述的多个温度传感器(5)在测量孔(3)内均布。4.一种采用权利要求1-3所述的系统获取岩体热物性参数的方法，其特征是包括以下步骤一、在岩体中钻孔埋设加热棒(I)，以恒定功率加热岩体；二、在岩体不同位置埋设温度传感器(5)，记录不同时刻下岩体的温度响应(温度-时间曲线)；三、用实测岩体的温度-时间曲线拟合测试系统的传热模型求得岩体的热物性参数；通过上述步骤获得岩体热物性参数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征是在测试开始前读取环境气温及不同深度处的围岩温度，并设定加热棒(I)的功率。6.根据权利要求4所述的方法，其特征是测试开始后定时读取测温孔内温度传感器的读数。7.根据权利要求4所述的方法，其特征是采用以下的传热模型假定介质的热物性参数为(λω，aini)，根据下式计算岩体中相应位置在\时刻的温度响应Uti)；8.根据权利要求7所述的方法，其特征是定义函数f ( λ，α )，为tl到tn时刻实测值Itest Ui)与计算值Tm1 Ui)残差的平方和，其中erfc (X)是余误差函数,为/(Λ，α) = y](Ttest(tj) - Tcai(ti))2·, j_-j调整λ和a的值使 ·(λ，α)最小，此时计算模型的曲线和测试数据最接近，相应的λ 和a就是介质的导热系数λ和热扩散系数a。9.根据权利要求8所述的方法，其特征是根据勘察报告提供的岩体密度P根据下式计算岩体的比热ΛC =—； ρα式中ρ为介质的密度(kg/nT3)；C为介质的比热(kJ/(kg*K)； λ为介质的导热系数(W/m*K)； a为介质的热扩散系数(m2/s)。全文摘要一种岩体热物性参数的现场测试系统，钻孔将加热棒埋入在岩体内，加热棒与恒功率电源连接，在加热棒周围岩体的不同位置布置有多个测量孔，测量孔内设有温度传感器，所述的加热棒和温度传感器还与温度—时间记录仪连接。一种采用上述的系统获取岩体热物性参数的方法，包括以下步骤一、在岩体中钻孔埋设加热棒，以恒定功率加热岩体；二、在岩体不同位置埋设温度传感器，记录不同时刻下岩体的温度响应(温度-时间曲线)；三、用实测岩体的温度-时间曲线拟合测试系统的传热模型求得岩体的热物性参数；通过上述步骤获得岩体热物性参数。本专利技术和原有的取样法相比，测试对象的尺度大，测得的热物性参数反映了现场岩体的宏观热物理特性。文档编号G01N25/20GK102998332SQ20121048242公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日专利技术者夏才初, 黄继辉, 张国栋, 李志厚, 王先军, 孙猛 申请人:三峡大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种岩体热物性参数的现场测试系统，其特征是：钻孔将加热棒（1）埋入在岩体内，加热棒（1）与恒功率电源连接，在加热棒（1）周围岩体的不同位置布置有多个测量钻孔（3），测量孔（3）内设有温度传感器（5），所述的加热棒（1）和温度传感器（5）还与温度—时间记录仪（6）连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：夏才初，黄继辉，张国栋，李志厚，王先军，孙猛，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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