[发明专利]岩土体导热系数测定方法

说明书

本发明公开了岩土体导热系数测定方法，涉及地源热泵技术领域，采用导热系数测试仪测定多种不同干密度及含水率的原状黄土试样、原状古土壤试样、重塑黄土试样和重塑古土壤试样的导热系数，然后根据测定得到的导热系数拟合各种试样的导热系数变化曲线，不但测定导热系数的速度快精度高，而且能够获知任何状态下岩土体的导热系数，为地源热泵的设计和施工提供了有力的数据保障。

技术领域

本发明涉及地源热泵技术领域，特别是涉及岩土体导热系数测定方法。

背景技术

地埋管地源热泵系统利用浅层岩土体作为热泵的热源，在夏季从岩土体中“储热”，冬季从岩土体中取热，从而实现地热能交换系统与岩土体耦合换热，来达到其强有力的节能优势。地埋管周围岩土体的传热性能，是影响地热能交换系统换热效率的主要因素之一。因而，对岩土体的导热系数进行研究尤为重要。

目前室内测定岩土导热系数的方法主要是稳态法和非稳态法，稳态测试中，试样内温度分布是不随时间变化的稳态温度场，当试样达到热平衡后，通过测量试样单位面积的热流速率和温度梯度，即可直接确定试样的导热系数。但这种测试方法一般需要较长的实验时间，且实验过程中土体的水分场在温度梯度作用下可能发生迁移，影响实验结果。非稳态测试方法中，试样内的温度分布是随时间变化的非稳定温度场，通过测试试样温度变化的速率，可以测定试样的热扩散率，进而得到材料的导热系数。

同时，无论采用哪种方法测定得到的岩土体导热系数都是针对特定状态下的岩土体进行的，测定得到的导热系数为离散的点，无法为地源热泵的设计和施工提供有力的指导。

发明内容

本发明实施例提供了岩土体导热系数测定方法，可以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供了岩土体导热系数测定方法，包括以下步骤：

步骤一，制备不同干密度的原状黄土试样、不同干密度的原状古土壤试样、不同干密度重塑黄土试样和不同干密度重塑古土壤试样；

步骤二，分别采用密度计法、X射线衍射方法XRD和X射线荧光光谱方法XRF测定上述试样的黄土粒度组成、全岩矿物成分和全岩化学成分，以确定试样中影响导热系数的主导因素；

步骤三，对于不同干密度原状黄土试样，使用导热系数测试仪测定每种干密度的原状黄土试样的导热系数；将每种干密度的原状黄土试样分别增或减湿到不同含水率，使用导热系数测试仪测定增或减湿后的试样的导热系数；

步骤四，对于不同干密度原状古土壤试样，使用导热系数测试仪测定每种干密度的原状古土壤试样的导热系数；将每种干密度的原状古土壤试样分别增或减湿到不同含水率，使用导热系数测试仪测定增或减湿后的试样的导热系数；

步骤五，将每种不同干密度且初始含水率为5％的重塑黄土试样以及重塑古土壤试样分别增湿到不同含水率，使用导热系数测试仪测定每种干密度的重塑黄土试样和重塑古土壤试样的导热系数；

步骤六，根据步骤三测定得到的导热系数拟合得到原状黄土试样的导热系数曲线，根据步骤四测定得到的导热系数拟合得到原状古土壤试样的导热系数曲线，根据步骤五测定得到的导热系数拟合得到重塑黄土试样和重塑古土壤试样的导热系数曲线。

本发明中的岩土体导热系数测定方法，采用导热系数测试仪测定多种不同干密度及含水率的原状黄土试样、原状古土壤试样、重塑黄土试样和重塑古土壤试样的导热系数，然后根据测定得到的导热系数拟合各种试样的导热系数变化曲线，不但测定导热系数的速度快精度高，而且能够获知任何状态下岩土体的导热系数，为地源热泵的设计和施工提供了有力的数据保障。

附图说明