[发明专利]一种确定土体矿物导热系数的方法

说明书

本发明涉及一种确定土体矿物导热系数的方法，属于土工热参数测试领域。主要技术方案如下：确定土‑水体积各占50％时饱和土的干密度ρ_d，计算土‑水体积各占50％时饱和土的含水率w，依据ρ_d、w，制备圆柱形饱和土样，所述圆柱形饱和土样所用模具净尺寸，直径×高度为50mm×100mm；采用探针法测定制备的饱和土土样的导热系数λ。该发明计算方法直观、计算程序简明，为确定土体矿物的导热系数提供一种手段。通过标定试验相对误差分析，该计算方法将传统方法的最大误差由48.9％降至了6.06％。精度的提高能够最大限度提升热参数的计算精度，为土体温度场的计算提供便利。

技术领域

本发明属于土工热参数测试领域，具体涉及一种确定土体矿物导热系数的方法。

背景技术

土是由固相物质、水和气组成的多相体，土的导热系数常依据土中各相的导热系数及各相的体积含量进行计算。土中水和气体的导热系数可依据化学方法测定，土中固相物质是土中固相颗粒的总称，是由不同粒径和种类的固体矿物、有机质组成的，常见的土中固相物质有石英、长石、云母等。因此，欲确定土中固相物质的导热系数，就需要预先确定土中固相物质中各个成分的导热系数及其体积含量。将土中固相物质各个成分进行分离是存在极大困难的。因此，提供一种能够确定土体矿物导热系数的方法，对于土的导热系数计算是必要的。

申请号201710574906.8采用Johansen的几何平均法给出了一种计算土体矿物导热系数的方法，由于Johansen在用于多相材料的导热系数计算中，各相之间的导热系数差别越大，其计算结果误差也就越大，因此，该方法的计算精度和适用范围是有限的。因而，迫切需要一种计算精度更高、计算程序更为简便的土体矿物导热系数确定方法。

发明内容

本发明目是提供一种确定土体矿物导热系数的方法，以利于多种矿物组成的土体固相成分的导热系数计算，服务于土体的导热系数计算。为实现上述目的，本发明提出一种确定土体矿物导热系数的方法，该方法包括以下步骤：一种确定土体矿物导热系数的方法，该方法包括以下步骤：

(一)依据公式(1)确定土-水体积各占50％时饱和土的干密度ρ_d，式(1)为：

式(1)中：ρ_d为土-水体积各占50％时饱和土的干密度；d_s为土中固相物质密度，在数值上等于土的相对密度；V为饱和土的体积；

(二)依据公式(2)计算土-水体积各占50％时饱和土的含水率w，式(2)为：

式(2)中：w为土-水体积各占50％时饱和土的含水率；d_s为土中固相物质密度，在数值上等于土的相对密度；

(三)依据ρ_d、w，制备圆柱形饱和土样，所述圆柱形饱和土样所用模具净尺寸，直径×高度为50mm×100mm；

(四)采用探针法测定步骤(三)制备的饱和土土样的导热系数λ，并依据公式(3)计算土体矿物的导热系数k_i，公式(3)为：

k_i＝1.7817λ-0.505 (3)

式(3)中，k_i为土体矿物的导热系数。

本发明方法原理：采用二相介质的概率随机分布模型，通过建立50％孔隙率下的固体和流体二相分布模型，得到了不同节点的热流密度，进而拟合得到了固体导热系数与总体导热系数之间的关系，在此基础上形成了一种确定土体矿物导热系数的方法。