[发明专利]一种近相变区冻土导热系数测定装置与方法

权利要求书

1.一种近相变区冻土导热系数测定装置，其特征在于：包括两端开口横置的管状土样室（2），管状土样室（2）两侧分别设有起支撑作用的固定板（6），管状土样室（2）内部设有冻土试样（10），冻土试样（10）上安装有热流传感器（9），管状土样室（2）两端开口处分别设有冷液循环板（1）密封冻土试样（10），两侧液体循环板（1）上分别连接有两根硅胶管（11），一侧的冷液循环板（1）通过两根硅胶管（11）连接有恒温装置Ⅰ（12），另一侧的冷液循环板（1）通过两根硅胶管（11）连接有恒温装置Ⅱ（13）；管状土样室（2）由内到外分别设有内隔热层（3）、保温绝热夹层（4）和外隔热层（5），管状土样室（2）的圆柱面上按管状土样室（2）的对称两侧位置上分别开有两组各有4个传感器孔（14），开在管状土样室（2）一侧位置的传感器孔（14）内安装有探针型温度传感器Ⅰ（7），开在管状土样室（2）另一侧位置的传感器孔（14）内安装有探针型温度传感器Ⅱ（8），探针型温度传感器Ⅰ（7）和探针型温度传感器Ⅱ（8）通过头部感温，探针型温度传感器Ⅰ（7）插入至冻土试样（10）的中间位置，探针型温度传感器Ⅱ（8）插入冻土试样（10）的表皮即可。

2.根据权利要求1所述的近相变区冻土导热系数测定装置，其特征在于：所述内隔热层（3）为壁厚15～20mm的有机玻璃管，外隔热层（5）为壁厚10～15mm的有机玻璃管，保温绝热夹层（4）为聚氯乙烯泡沫塑料空心层或者真空层结构。

3.根据权利要求1所述的近相变区冻土导热系数测定装置，其特征在于：所述高低温恒温液体循环装置Ⅰ（12）和高低温恒温液体循环装置Ⅱ（13）型号为XT5704LT-R30C。

4.根据权利要求1所述的近相变区冻土导热系数测定装置，其特征在于：所述探针型温度传感器Ⅰ（7）、探针型温度传感器Ⅱ（8）和热流传感器（9）的型号分别为MF5E-2.202F和GHT-1C。

5.一种使用权利要求1所述装置的近相变区冻土导热系数测定方法，其特征在于步骤如下：

a. 将与管状土样室（2）内部空腔尺寸相同的待测冻土试样（10）安设在管状土样室（2）中；

b. 利用冷液循环板（1）将管状土样室（2）两侧的端口封堵起来，在冻土试样（10）的一侧与冷液循环板（1）之间安装热流传感器（9），将管状土样室（2）两侧的端口与冷液循环板（1）的边缘密封；

c. 利用两根硅胶管（11）将安装有热流传感器（9）的管状土样室（2）一侧的冷液循环板（1）与恒温装置Ⅰ（12）连接，利用另外两根硅胶管（11）将管状土样室（2）另一侧的冷液循环板（1）与恒温装置Ⅱ（13）连接起来；

d. 将4支探针型温度传感器Ⅰ（7）通过开在管状土样室（2）一侧位置的传感器孔（14）插入至冻土试样（10）的中间位置，将4支探针型温度传感器Ⅱ（8）通过开在管状土样室（2）另一侧的传感器孔（14）插入冻土试样（10）的表皮；

e. 开启恒温装置Ⅰ（12）和恒温装置Ⅱ（13），设定恒温装置Ⅰ（12）的温度为近相变区冻土最低温度，设定恒温装置Ⅱ（13）的温度为近相变区冻土最高温度；

f. 开启恒温装置Ⅰ（12）和恒温装置Ⅱ（13）后，利用针型温度传感器Ⅰ（7）和探针型温度传感器Ⅱ（8）采集冻土试样（10）温度，并将温度信息发送给计算机，计算机监控接收到的温度信息，当数值变化稳定后，连同同一时间热流传感器（9）发送的数值信息一并记录下来；

g. 根据预先测量的冻土试样截面积S，热流量Q，相邻测点间距H和温差ΔT，以及测量时间t，利用公式：QH/(QtΔT）计算不同温度点下被测冻土试样（10）的导热系数。