[发明专利]一种触探式地层热物性测试仪及使用方法

说明书

本发明属于岩土工程能源岩土技术领域，公开了一种触探式地层热物性测试仪及使用方法。该一种触探式地层热物性测试仪包括作动系统、探头系统和无线信号系统。本发明可对不同深度地层的热物性进行分层测试，测试结果更趋近于真实情况；可在不同岩土体、任意深度、不同温度和含水率的钻孔下进行测试，对土体扰动小，测试精度高；通过无线传输技术，帮助测试人员实时掌握测试过程。本发明集成度和智能化程度高，小巧灵活，操作简便，在能源岩土领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于岩土工程能源岩土技术领域，涉及一种适用于分层岩土体热物性测试仪器，并进一步包含其测试原理及方法。

背景技术

浅层地热能作为重要的清洁绿色能源，成为我国能源开发战略的重要发展方向之一。目前，地源热泵和其他诸如能量桩、能源地下连续墙、能源隧道等多种能源地下结构是浅层地热能的主要利用方式。在能源地下结构的设计中，岩土体热物性参数的测试精度决定了岩土层的储热性能、导热性能以及其他热力性质，对能源地下结构设计结果极为重要。

岩土层热物性参数包括热导率、比热容和热扩散系数。目前，热物性参数的测试主要通过实验室测试和现场热响应试验获取，实验室测试法主要包括稳态热流法和非稳态热流法。在现场热响应测试中，通常首先在测试场地钻孔布管，提供一个稳定的加热功率，记录进出水口温度随时间变化图。在地下换热管和岩土体传热过程中，管内循环流体温度逐渐升高，并达到传热平衡。热响应测试通常以传热理论公式为基础，在对数时间坐标下通过最小二乘法拟合斜率，计算土壤的导热系数，进而推导出比热容和热扩散率。然而值得注意的是，目前热响应试验有几个值得注意的问题。首先，热响应测试所测得热物性参数是一定深度土体的综合参数。实际工程中，不同岩土体成分不同，岩体和土体错综夹杂，不同地层之间的热物性差异有时候会很大；其次对于某些埋管较深的能量桩或竖向埋管地源热泵，进行设计的时候需要考虑深层岩土体的热物性参数，而传统的热响应测试此时较难满足要求。

因此，本发明针对上述问题，利用远程遥控及信号传输技术，提供一种可准确、便捷测试深部岩土体热物性测试仪器及其测试方法。

发明内容

本发明针对现有热响应测试仪器的不足之处，利用远程遥控及信号传输技术，提供一种可准确、便捷测试深部岩土体热物性测试仪器及其测试方法，可便捷、准确地测得分层岩土体某一预选深度的热物性参数。

本发明的技术方案：

一种触探式地层热物性测试仪，包括作动系统、探头系统和无线信号系统；

所述的作动系统包括缆绳1、外壳2、固定装置3、壳内固定装置4、控制装置5、动力装置6和壳下固定装置13；所述的固定装置3对称设置于外壳2 两侧，使用时贴紧测试土体16的孔壁18，起到固定作用；所述的缆绳1位于外壳2的顶部，其将触探式地层热物性测试仪置于钻孔17内；所述的壳内固定装置4、控制装置5和动力装置6位于外壳内部，壳内固定装置4用于固定控制装置5，控制装置5起到总控作用，同时对动力装置6传输操控指令；所述的壳下固定装置13位于钻孔17的底部，其对测试起到稳定作用；

所述的探头系统包括旋转作动装置7、法兰轴承装置8、水平向作动装置9、定功率加热探头10、测温探头11、信息采集模块12、信息存储模块14和导轨卡槽19；所述的旋转作动装置7固定在外壳2的底部，作动系统的动力装置6 对旋转作动装置7进行控制；旋转作动装置7用于控制位于外壳2外部的水平向作动装置9、定功率加热探头10和测温探头11按照设定角度，绕法兰轴承装置8进行旋转；所述的法兰轴承装置8一端与旋转作动装置7连接，另一端与壳下固定装置13连接；所述的水平向作动装置9固定在法兰轴承装置8上，定功率加热探头10和测温探头11分别水平固定在水平向作动装置9中；所述的水平向作动装置9将定功率加热探头10和测温探头11平行贯入到土体某一深度，定功率加热探头10对土体加热，测温探头11实时记录温度变化数据；所述的信息采集模块12和信息存储模块14相连，分别用于记录和储存测试过程中产生的信息，信息采集模块12位于外壳2的外部，信息存储模块14位于外壳2内部；