一种渗流土体导热系数测定装置与测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及土工建设技术领域，具体为一种渗流土体导热系数测定装置与测试方法，该测定装置包括试验箱体、设置在试验箱体内部的测试样、设置在试验箱体左右两侧的进水管、出水管；还包括：导热参照材料，设置在试验箱体内，并位于测试样上方；温度控制面板，设置在试验箱体上、下面，分别与测试样及导热参照材料接触；温度传感器，试验箱体内部分布有多个；流量计，设置在出水管上。本发明专利技术通过获得渗流条件下土层的导热系数，能够有效地提高冻结法加固效果和冻结方案设计水平，能够模拟地层渗流条件，测试渗流作用下土层导热系数；本发明专利技术能够不受土样颗粒粒径尺寸、测试面平整度等因素影响，测试结果可靠，准确度高。准确度高。准确度高。

【技术实现步骤摘要】
一种渗流土体导热系数测定装置与测试方法


[0001]本专利技术涉及土工建设
，具体为一种渗流土体导热系数测定装置与测试方法。

技术介绍

[0002]截止到目前为止，我国已有44个城市开通了轨道交通，总里程超过7700公里。在建地铁线路长度超过2800公里，规划建设线路超过2500公里。在已开通、建设或规划轨道交通的城市中，约有60％的城市存在需要下穿江底、河底等流动水域地层的情况，例如，上海地铁穿越黄浦江，广州地铁珠江，武汉地铁穿越长江，杭州地铁下穿钱塘江，福州地铁下穿乌龙江、闽江，兰州地铁下穿黄河，南昌地铁下穿赣江、青山湖等，地层中存在显著的渗流现象。
[0003]在富水地层地铁隧道、联络通道及其他地下工程建设中，人工冻结法是富水地层最有效的地层加固方法，但地层中的渗流会带走冻结器产生的“冷能”，直接影响冻结过程中温度场变化，导致冻结交圈困难、冻结帷幕形态不规则等问题，考虑渗流的土层导热系数是冻结方案设计中的关键参数。准确获得渗流地层导热系数，能有效提高地层人工冻结方案设计水平和加固效果。
[0004]当前常规导热系数测定仪，都只具备测定静态试样导热系数的功能，不能测试动态渗流条件下土层的导热系数。在滨海城市、内陆河流城市进行地下空间开发，普遍会遇到富水强渗地层，当采用冻结法进行地层止水和加固时，渗流作用会对土层中热量传递和温度场分布产生显著影响。此外，当前常规导热系数测定仪，在测试中受颗粒粒径、测试面平整度的影响较明显。对此，本专利技术提出了一种渗流土体导热系数测定装置与测试方法。

技术实现思路

[0005]针对地层中渗流影响人工冻结交圈和帷幕形态问题，本专利技术提出了一种渗流土体导热系数测定装置与测试方法。
[0006]本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0007]一种渗流土体导热系数测定装置，包括试验箱体、设置在试验箱体内部的测试样、设置在试验箱体左右两侧的进水管、出水管，所述测试样的厚度为H2；
[0008]还包括：
[0009]导热参照材料，与测试样对应分层设置在试验箱体内，并位于测试样上方，厚度为H1；
[0010]温度控制面板，设置在试验箱体上、下面，分别与测试样及导热参照材料接触，用于控制试验箱体内温度梯度；
[0011]温度传感器，在试验箱体内部分布有多个，用于测量试验箱体内部形成稳定温度梯度后的试验箱体内部的温度；
[0012]流量计，设置在出水管上，用于测量流经试验箱体的渗流速度；
[0013]通过由温度传感器测量到的温度值和由流量计测量到的渗流速度，计算得到测试样及导热参照材料的温度梯度和渗流带出的热量，从而建立测试样导热系数与参照材料导热系数、渗流速度和测试样层及导热参照材料层厚度的显式函数。
[0014]优选地，所述试验箱体外部四周设有保温材料。
[0015]优选地，所述试验箱体的左、右面内侧对应设置两层砾砂缓冲层。
[0016]优选地，所述砾砂缓冲层的厚度尺寸为2～5cm。
[0017]优选地，所述导热参照材料的厚度H1的尺寸为3～10cm。
[0018]优选地，所述测试样的厚度H2的尺寸为10～30cm。
[0019]优选地，所述测试样、导热参照材料的宽度均为L，宽度L的尺寸为10～30cm，所述导热参照材料的宽度L与测试样的厚度H2尺寸相等。
[0020]优选地，所述导热参照材料为石蜡、有机玻璃、大理石中任一种。
[0021]优选地，多个温度传感器对应分布在试验箱体内部左、右侧壁、温度控制面板与测试样接触处、温度控制面板与导热参照材料接触处、测试样与导热参照材料接触处。
[0022]一种应用渗流土体导热系数测定装置的测试方法，具体步骤如下：
[0023](一)标定导热参照材料的导热系数：测试选定导热参照材料的导热系数，为后续测试提供计算参数；
[0024](二)分层装入测试样、温度传感器、导热参照材料：按每层5～10cm分层装入测试样，固定放置好温度传感器，装入导热参照材料；
[0025](三)提供稳定水源，控制渗流速度：向试验箱体内通入流量稳定的水源，根据流量计反馈获得渗流速度，在测试样中形成稳定渗流；
[0026](四)在上、下温度控制面板上设置恒定温度，测得各点稳定温度值：设置上、下两个温度控制面板的温度，保持恒定温度差大于10℃以上，待试验箱体内温度稳定后，读取各点温度传感器的温度值；
[0027](五)计算测试样的导热系数。
[0028]本专利技术的有益效果是：
[0029]1、本专利技术通过获得渗流条件下土层的导热系数，能够有效地提高冻结法加固效果和冻结方案设计水平，能够模拟地层渗流条件，测试渗流作用下土层导热系数；
[0030]2、本专利技术能够不受土样颗粒粒径尺寸、测试面平整度等因素影响，测试结果可靠，准确度高；
[0031]3、本专利技术能够促进提高冻结法方案设计水平，地层导热系数是冻结法设计与冻结发展预测预报中的关键热学参数，通过获得渗流地层的导热参数，量化考虑地层中渗流速度对土体导热性能的影响，对提高冻结帷幕设计水平和形态预测准确性具有显著的促进作用。
附图说明
[0032]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：
[0033]图1为本专利技术中装置的结构示意图；
[0034]图2为本专利技术的测试原理示意图。
[0035]图中：1、温度控制面板；2、试验箱体；3、保温材料；4、进水管；5、出水管；6、流量计；
7、温度传感器；8、砾砂缓冲层；9、测试样；10、导热参照材料。
具体实施方式
[0036]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本专利技术进一步阐述。
[0037]如图1所示，一种渗流土体导热系数测定装置，主要由温度控制面板1、试验箱体2、保温材料3、进水管4、出水管5、流量计6、温度传感器7、砾砂缓冲层8、测试样9、导热参照材料10所组成。所述温度控制面板1设有两个，紧贴试验箱体2上、下两面，用于控制试验箱体2内温度梯度。所述保温材料3设置在试验箱体2的前、后、左、右四面。所述进水管4、出水管5设置在试验箱体2左、右两侧，所述出水管5与流量计6连接，测量控制流经试验箱体2的渗流速度。所述温度传感器7设有五个，对应分布在试验箱体2内部左、右侧壁、温度控制面板1与测试样9接触处、温度控制面板1与导热参照材料10接触处、测试样9与导热参照材料10接触处。所述测试样9、导热参照材料10对应分层设置在试验箱体2内。所述测试样9、导热参照材料10的厚度对应为H2、H1。H1的尺寸为3～10cm，H2的尺寸为10～30cm；所述测试样9、导热参照材料10的宽度均为L，宽度L的尺寸为10～30cm，所述导热参照材料10的宽度L与测试样9的厚度H2尺寸相等。所述砾砂缓冲层8设有两层，对应设置在试验箱体2左、右两面内侧，允许水从左、右两面流入、流出测试样9，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种渗流土体导热系数测定装置，包括试验箱体(2)、设置在试验箱体(2)内部的测试样(9)、设置在试验箱体(2)左右两侧的进水管(4)、出水管(5)，其特征在于：所述测试样(9)的厚度为H2；还包括：导热参照材料(10)，与测试样(9)对应分层设置在试验箱体(2)内，并位于测试样(9)上方，厚度为H1；温度控制面板(1)，设置在试验箱体(2)上、下面，分别与测试样(9)及导热参照材料(10)接触，用于控制试验箱体(2)内温度梯度；温度传感器(7)，在试验箱体(2)内部分布有多个，用于测量试验箱体(2)内部形成稳定温度梯度后的试验箱体(2)内部的温度；流量计(6)，设置在出水管(5)上，用于测量流经试验箱体(2)的渗流速度；通过由温度传感器(7)测量到的温度值和由流量计(6)测量到的渗流速度，计算得到测试样及导热参照材料(10)的温度梯度和渗流带出的热量，从而建立测试样导热系数与参照材料导热系数、渗流速度和测试样层及导热参照材料层厚度的显式函数。2.根据权利要求1所述的一种渗流土体导热系数测定装置，其特征在于：所述试验箱体(2)外部四周设有保温材料(3)。3.根据权利要求1所述的一种渗流土体导热系数测定装置，其特征在于：所述试验箱体(2)的左、右面内侧对应设置两层砾砂缓冲层(8)。4.根据权利要求3所述的一种渗流土体导热系数测定装置，其特征在于：所述砾砂缓冲层(8)的厚度尺寸为2～5cm。5.根据权利要求1所述的一种渗流土体导热系数测定装置，其特征在于：所述导热参照材料(10)的厚度H1的尺寸为3～10cm。6.根据权利要求1所述的一种渗流土体导热系数测定装置，其特征在于：所述测试样...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁昌，季安，李栋伟，李秀飞，张道亚，周兴明，任庆新，张博，陈鑫，雷乐乐，王升福，薛凯喜，王泽成，秦志豪，罗昭祥，
申请(专利权)人：中核华泰建设有限公司，
类型：发明
国别省市：