專利名稱：壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的方法及所用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種原位測試巖土熱物性參數(shù)的方法，特別涉及一種通過靜壓方式， 可以現(xiàn)場測試任意埋置深度巖土層的熱物性參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在尚沒有能在原位測試任意埋置深度巖土層熱物性參數(shù)的方法?，F(xiàn)有的分層巖土熱物性的測試方法為將現(xiàn)場不同埋置深度的巖土體取樣到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，再針對取出的巖土體樣品做熱物性試驗(yàn)，從而獲得相應(yīng)參數(shù)。在將現(xiàn)場巖土體取樣到實(shí)驗(yàn)室的過程中，存在以下嚴(yán)重問題一是取樣及運(yùn)輸過程中破壞了巖土體的結(jié)構(gòu)性；二是取樣及運(yùn)輸過程中巖土體的含水量會(huì)部分丟失；三是將深層巖土體取到地面以上，取出的樣品卸載回彈變的疏松；四是由于測試土樣的體積局限性，難以滿足線性熱源到被測巖土體邊界無限大的假設(shè)。上述四個(gè)情況恰好是影響巖土體熱物性參數(shù)測試準(zhǔn)確與否的重要因素，在這四種情況存在的條件下，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)無論怎樣模擬也無法逼近巖土樣的原始賦存狀態(tài)。通常情況下，破壞了巖土體的結(jié)構(gòu)性，也就是破壞了巖土體的連續(xù)性，會(huì)導(dǎo)致巖土體導(dǎo)熱系數(shù)的減小。巖土體含水量減少，也會(huì)導(dǎo)致巖土體導(dǎo)熱系數(shù)的減小。巖土體卸載以后回彈變的疏松也使巖土體導(dǎo)熱系數(shù)變小。由于室內(nèi)測試土樣體積的局限性，線熱源的熱量很快影響到土樣邊界，導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)不真實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種通過靜壓方式，將探針壓入巖土體，能在原位測試任意埋置深度巖土體熱物性參數(shù)的方法，該測試方法完全滿足巖土體原始賦存狀態(tài)，測試出來的參數(shù)真正代表巖土體所在位置的真實(shí)值。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置，包括帶有螺紋接頭的原位探頭；在原位探頭內(nèi)設(shè)有探頭空腔，在探頭空腔內(nèi)設(shè)有液壓箱組件和位于液壓箱組件下方的原位探針；液壓箱組件包括液壓箱殼體，在液壓箱殼體的內(nèi)腔中設(shè)有與液壓箱殼體滑動(dòng)相連的活塞，液壓管與液壓箱殼體的內(nèi)腔相連通；原位探針包括探針管和針尖，針尖與探針管的底端固定相連，探針管的外表面為光滑表面；在探針管的內(nèi)腔中分別設(shè)置加熱絲和至少一個(gè)的作為感溫元件的熱電偶，在探針管的內(nèi)腔中填充為低熱容材料的低熱容填充物；探針管與活塞的底端固定相連；加熱導(dǎo)線與加熱絲相連，溫度接收導(dǎo)線與熱電偶相連。作為本發(fā)明的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置的改進(jìn)在探針管的內(nèi)腔頂部設(shè)置絕熱填充物，絕熱填充物位于低熱容填充物之上，絕熱填充物與探針管密封相連。作為本發(fā)明的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置的進(jìn)一步改進(jìn)在探頭空腔的下部設(shè)置帶有探針定向?qū)Э椎亩ㄏ虬?，在原位探頭的底面設(shè)有通孔，探針定向?qū)Э缀屯椎目讖骄源笥谔结樄艿耐鈴紻 ；探針定向?qū)Э住⑼?、探針管和針尖的中心軸線相重疊。作為本發(fā)明的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置的進(jìn)一步改進(jìn)探針管長度Ll是探針管外徑D的30 120倍。作為本發(fā)明的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置的進(jìn)一步改進(jìn)加熱絲的長度=探針管長度Li。作為本發(fā)明的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置的進(jìn)一步改進(jìn)探針管由高導(dǎo)熱性質(zhì)材料制成。作為本發(fā)明的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置的進(jìn)一步改進(jìn)低熱容材料為環(huán)氧樹脂；高導(dǎo)熱性質(zhì)材料通常為不銹鋼或硬度> 180HBS的合金鋼，所述絕熱填充物由導(dǎo)熱系數(shù)小于0. lff/m · K的材料(例如復(fù)合硅酸鹽類材料等)制成。作為本發(fā)明的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置的進(jìn)一步改進(jìn)在螺紋接頭內(nèi)設(shè)有通道；加熱導(dǎo)線的底端依次穿越螺紋接頭內(nèi)的通道、探頭空腔和絕熱填充物后與加熱絲相連，溫度接收導(dǎo)線的底端依次穿越螺紋接頭內(nèi)的通道、探頭空腔和絕熱填充物后與熱電偶相連。本發(fā)明還同時(shí)提供了利用上述裝置所進(jìn)行的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的方法，利用巖土工程勘察所產(chǎn)生的取土孔作為測試孔，依次包括以下步驟1)、通過螺紋接頭使原位探頭與鉆桿相連；2)、通過鉆機(jī)使鉆桿帶動(dòng)原位探頭沿著測試孔下沉至被測巖土層；從而使原位探針的針尖與被測巖土層相接觸；3)、在地面啟動(dòng)液壓泵，通過活塞帶動(dòng)整個(gè)原位探針壓入被測巖土層；靜止 5-10min(目的是使壓入過程中因摩擦所產(chǎn)生的熱量散盡)后，加熱導(dǎo)線加熱內(nèi)腔中的加熱絲，利用溫度接收導(dǎo)線在地面接收熱電偶的信號(hào)，并記錄t1; t2以及T1, T2 ；t1 t2 分別為加熱記錄的起始時(shí)間和終止時(shí)間，單位s ；加熱開始后80 120s為加熱記錄的起始時(shí)間，加熱結(jié)束時(shí)間為加熱記錄的終止時(shí)間；即，、一般在加熱穩(wěn)定后開始計(jì)算時(shí)間，通?？扇￠_始加熱后80 120s(例如100s)計(jì)時(shí)；T1, T2 分別對應(yīng)于時(shí)間t1; t2時(shí)熱電偶的溫度，單位K ；4)、獲得被測巖土層的導(dǎo)熱系數(shù)K
q \n{t2 /t,)所述被測巖土層的導(dǎo)熱系數(shù)足=+· ‘2 ‘‘(1);
T2 -T1q 單位長度線熱源的發(fā)熱功率…=，單位W/m ；
RLU 原位探針加熱電壓，單位V ；R 原位探針電阻，由加熱絲的材料確定，單位Ω ；L 加熱絲的長度，單位m，同探針管的長度。在本發(fā)明中，原位探針按照線性熱源模型制作，即滿足探針管的長徑比為30 120。因此原位探針視為線性熱源。為了獲得正確的數(shù)據(jù)，(1)式應(yīng)滿足，被測物體的邊界距離熱源足夠遠(yuǎn)；熱源很小，以至于可以假設(shè)為幾何上無限??；熱源必須足夠長，以逼近線熱源的熱流模型；線熱源和被測物體存在完全的熱接觸。采用本發(fā)明的測試裝置和測試方法能自動(dòng)滿足上述要求。在本發(fā)明中，可在地面利用液壓泵，從而使原位探針壓入被測巖土層。在本發(fā)明的測試方法中，先利用常規(guī)的含有地質(zhì)鉆頭的鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，然后再以本發(fā)明的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置來替換地質(zhì)鉆頭；從而進(jìn)行測試。本發(fā)明，適用于軟到中等硬度的巖土層，具體為飽和軟黏土、軟塑到可塑狀態(tài)的黏性土以及粉土等巖土層，由于不同巖土層的導(dǎo)熱速度不同，因此輸入的U值不同，還隨原位探針的電阻、原位探針的長度而變化。在原位探針電阻R= 100Ω，原位探針長度Ll = 700mm時(shí)，輸入電壓U通?？稍O(shè)定為40-50V。與現(xiàn)有巖土的熱物性測試技術(shù)相比，本發(fā)明的特征是原位探針與被測巖土體邊界足夠遠(yuǎn)；原位探針的熱源很小，與被測巖土體相比，在幾何上可以認(rèn)為無限??；原位探針的長度與直徑比大于> 30(考慮到成本，將該長徑比的上限值設(shè)定為120)，熱源已經(jīng)足夠長，已經(jīng)逼近線熱源的熱流模型；原位探針采用壓入方式壓入被測巖土體，探針表面和巖土體存在完全的熱接觸。因此，本發(fā)明具有以下有益效果1、由于在原位進(jìn)行測試，克服了室內(nèi)測試存在的問題，即不對巖土體的結(jié)構(gòu)性進(jìn)行擾動(dòng)，巖土體的含水量即為原始含水量，被測巖土體不會(huì)因?yàn)樾遁d而變的疏松。2、可以在現(xiàn)場測試任意埋置深度的巖土層，獲得分層巖土體的熱物性參數(shù)。3、可以在進(jìn)行巖土工程勘察過程中實(shí)施，利用巖土工程勘察取土孔的鉆孔作為測試孔，無須另行成孔，大幅度降低測試費(fèi)用。4、采用壓入式，可將原位探針壓入被測試的以粘性土、粉土為主的巖土體。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視放大示意圖；圖3是圖1的B-B剖視放大示意圖；圖4是圖1在原位探針5入土?xí)r的示意圖；圖5是圖1中的原位探針5的剖視示意圖。圖中1-螺紋接頭，2-原位探頭，3-液壓箱，4-活塞，5-原位探針，6—探針定向?qū)Э祝?-護(hù)管，8—液壓管，9一被測巖土層，10-探頭空腔，11-溫度接收導(dǎo)線，12-絕熱填充物，13—熱電偶，14-加熱絲，15-內(nèi)腔，16—低熱容填充物，17-探針管，18-針尖， 19-支撐架，20-通孔，21-加熱導(dǎo)線。L1 探針管17的長度，m;D 探針管17的直徑，m。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖，下面對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1、一種壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置，包括帶有螺紋接頭1的原位探頭2 ；在原位探頭2內(nèi)設(shè)有探頭空腔10，在探頭空腔10內(nèi)設(shè)有液壓箱組件和位于液壓箱組件下方的原位探針5。螺紋接頭1內(nèi)設(shè)有通道。液壓箱組件包括液壓箱殼體3，該液壓箱殼體3通過支撐架19與探頭空腔10的內(nèi)壁固定相連，在液壓箱殼體3的內(nèi)腔中設(shè)有與液壓箱殼體3滑動(dòng)相連的活塞4，液壓管8的底端與液壓箱殼體3的內(nèi)腔相連通，液壓管8的頂端穿過螺紋接頭1內(nèi)的通道而外露。原位探針5包括探針管17和針尖18，針尖18與探針管17的底端固定相連，探針管17的外表面為光滑表面，探針管17長度Ll是探針管17外徑D的30 120倍，即探針管17的長徑比為30 120，針尖18的尖角一般可為30 60度。探針管17由高導(dǎo)熱性質(zhì)材料(例如為不銹鋼材料)制成。在探頭空腔10的下部設(shè)置帶有探針定向?qū)Э?的定向板，在原位探頭2的底面設(shè)有通孔20，探針定向?qū)Э?和通孔20的孔徑均略大于探針管17的外徑D (例如比探針管 17的外徑D大5mm左右)；探針定向?qū)Э?、通孔20、探針管17和針尖18的中心軸線相重疊。探針定向?qū)Э?和通孔2共同起到對原位探針5徑向定位的作用。在探針管17的內(nèi)腔15中分別設(shè)置加熱絲14和2個(gè)作為感溫元件的熱電偶13， 加熱絲14的長度=探針管17長度Li。2個(gè)熱電偶13上下并列的設(shè)置；一個(gè)熱電偶13位于距離探針管17底端1/3的探針管17高度處，另一個(gè)熱電偶13位于距離探針管17底端 2/3的探針管17高度處，設(shè)置2個(gè)熱電偶13的目的是保證獲得的溫度能準(zhǔn)確反映原位探針 5的溫度。加熱絲14和熱電偶13 —左一右的位于內(nèi)腔15內(nèi)，S卩加熱絲14和熱電偶13相互之間不直接接觸，且加熱絲14和熱電偶13均不與探針管17相接觸。在內(nèi)腔15內(nèi)填充低熱容材料(例如為環(huán)氧樹脂)制成的低熱容填充物16。在探針管17的內(nèi)腔15頂部設(shè)置絕熱填充物12 (由導(dǎo)熱系數(shù)小于0. lff/m ·Κ的材料制成，比如復(fù)合硅酸鹽類材料等)，該絕熱填充物12位于低熱容填充物16之上，絕熱填充物12與探針管17密封相連，從而將低熱容填充物16密封在探針管17的內(nèi)腔15中。設(shè)置絕熱填充物12的目的是限制原位探針5加熱后，溫度向上傳遞，從而引起原位探針5 (即探針管17)內(nèi)的溫度損失。絕熱填充物12的高度略大于(例如大5mm左右)探針定向?qū)Э?6和通孔20之間的距離。探針管17與活塞4的底端固定相連。加熱導(dǎo)線21的底端依次穿過螺紋接頭1內(nèi)的通道、探頭空腔10和絕熱填充物12后與位于內(nèi)腔15中的加熱絲14相連；加熱導(dǎo)線21 與絕熱填充物12之間必須保證密封性，從而避免內(nèi)腔15中的低熱容填充物16外泄。溫度接收導(dǎo)線11的底端依次穿越螺紋接頭1內(nèi)的通道、探頭空腔10和絕熱填充物12后與位于內(nèi)腔15中的2個(gè)熱電偶13分別相連。溫度接收導(dǎo)線11與絕熱填充物12之間必須保證密封性，從而避免內(nèi)腔15中的低熱容填充物16外泄。為了保護(hù)加熱導(dǎo)線21和溫度接收導(dǎo)線 11，可將露在整個(gè)原位探針5外部的加熱導(dǎo)線21和溫度接收導(dǎo)線11套裝在護(hù)套7內(nèi)。上述原位探針5可視作線性熱源。實(shí)施例2、利用如實(shí)施例1所述裝置所進(jìn)行的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的方法，依次包括以下步驟1)、通過巖土工程勘察取土器取土來鑒別被測巖土層9的名稱，確定被測巖土層 9的土層性質(zhì)及埋置深度。具體為使鉆機(jī)上的地質(zhì)鉆頭從地表鉆入至被測巖土層9，同時(shí)通過取土器鑒別被測巖土層9的名稱，從而使地面至需要測試的巖土層之間產(chǎn)生一條通道(即取土孔)。上述內(nèi)容是巖土工程勘察的常規(guī)內(nèi)容。在以下步驟中，利用上述取土孔作為測試孔。2)、使地質(zhì)鉆頭提起至地面，從鉆機(jī)上取下地質(zhì)鉆頭；然后通過螺紋接頭1使原位探頭2與鉆桿相連，即，使原位探頭2替換地質(zhì)鉆頭；使液壓泵與液壓管8相連通；3)、通過鉆機(jī)使鉆桿帶動(dòng)原位探頭2 (包含液壓箱組件和原位探針幻沿著步驟1) 所產(chǎn)生的通道(即取土孔，又名測試孔)下沉至被測巖土層9;S卩，使原位探頭2的底面與被測巖土層9相接觸；4)、在地面啟動(dòng)液壓泵，液壓泵內(nèi)的高壓液壓油通過液壓管8進(jìn)入液壓箱殼體3的內(nèi)腔，從而使活塞4帶動(dòng)整個(gè)原位探針5 (包括探針管17和針尖18)依次穿過探針定向?qū)Э?和通孔2后壓入被測試巖土層9 ；此時(shí)活塞4的底端抵著探針定向?qū)Э?所在的定向板；靜止5-lOmin(待壓入過程中的摩擦熱量散盡)，利用加熱導(dǎo)線21加熱內(nèi)腔15內(nèi)的加熱絲14，利用溫度接收導(dǎo)線11在地面接收熱電偶13的信號(hào)，并記錄t1; t2以及T1, T2 ；ti; t2 分別為加熱記錄的起始時(shí)間和終止時(shí)間，單位s ；—般在加熱穩(wěn)定后開始計(jì)算時(shí)間tl，因此通?？扇￠_始加熱后IOOs計(jì)時(shí)；t2為加熱結(jié)束時(shí)間；T1, T2 對應(yīng)于時(shí)間t1; t2時(shí)熱電偶13的溫度，單位K ；均取2個(gè)熱電偶13所得溫度的平均值。即，、時(shí)2個(gè)熱電偶8所得溫度的平均值為T1, t2時(shí)2個(gè)熱電偶8所得溫度的平均值為T2 ；5)、獲得被測巖土層的導(dǎo)熱系數(shù)K
q \n{t2 /t,)所述被測巖土層的導(dǎo)熱系數(shù)足=+· ‘2 ‘‘(1);
T2 -T1q 單位長度線熱源的發(fā)熱功率…=，單位W/m ；
RLU 原位探針5加熱電壓，單位V ；R 原位探針5電阻，由加熱絲14的材料確定，又稱制作電阻，單位Ω ；L 加熱絲14的長度，單位m，同探針管的長度Li。利用實(shí)施例2所述的方法對不同的被測巖土層9的土層進(jìn)行以下檢測實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1、通過巖土工程勘察取土器取土鑒別，確定被測巖土層9的土層性質(zhì)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土 ；埋置深度在地面下18m處。探針管17的長度700mm，探針管17的直徑20mm， 即，原位探針5的長徑比為35。U = 40V ；R = 100Ω。記錄得= 100s ;t2 = 700s J1 = 21. 2K ； T2 = 24. 9K。因此，被測巖土層9的熱物性參數(shù)，即導(dǎo)熱系數(shù)
U2 Ht2Ztl)402ln(700/100)
Λ =---=--= U.y57 (w/m · K)。
AnRL T2-T1 4x3.14x100x0.7 24.9-21.2v’實(shí)驗(yàn)2、通過巖土工程勘察取土器取土鑒別，確定被測試巖土層9的土層性質(zhì)為粘土。埋置深度在地面下50m處。探針管17的長度700mm，探針管17的直徑20mm，即，原位探針 5 的長徑比為 35。U = 45V ；R = 100 Ω。記錄得 = 100s ;t2 = 700s J1 = 21. 5K ； T2 = 24. 3Κ0
因此，被測巖土層9的熱物性參數(shù)，即導(dǎo)熱系數(shù)
v U2 Hi2Zi1)452ln(700/100)K =---^aZ =--^-- = 1.601 (W/m.K)
AnRL T2-T1 4x3.14x100x0.7 24.3-21.5v’實(shí)驗(yàn)3、通過巖土工程勘察取土器取土鑒別，確定被測試巖土層9的土層性質(zhì)為粉土。埋置深度在地面下90m處。探針管17的長度700mm，探針管17的直徑20mm，即，原位探針 5 的長徑比為 35。U = 50V ；R = 100 Ω。記錄得、=100s ;t2 = 700s J1 = 21. 3K ； T2 = 24. 6K。因此，被測巖土層9的熱物性參數(shù)，即導(dǎo)熱系數(shù)
U2 \n(t2lt)502ln(700/100) K =---^^ =----- = 1.677 (w/m · K)
AnRL T2-T1 4x3.14x100x0.7 24.6-21.3v’采用本發(fā)明方法獲得的巖土體導(dǎo)熱系數(shù)，與中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》(GB50366-20(^)提供的巖土體導(dǎo)熱系數(shù)參考值接近。下表1是本測試方法獲得的導(dǎo)熱系數(shù)與規(guī)范提供的參考值比較(單位W/m · K)。表 1
土類名稱本測試方法規(guī)范參考數(shù)值淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土0. 9570. 7-1. 0粘土1. 6011. 4-1. 9粉土1. 6771. 0-2. 1 最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置，其特征是包括帶有螺紋接頭(1)的原位探頭⑵；在原位探頭⑵內(nèi)設(shè)有探頭空腔(10)，在探頭空腔(10)內(nèi)設(shè)有液壓箱組件和位于液壓箱組件下方的原位探針(5)；所述液壓箱組件包括液壓箱殼體(3)，在液壓箱殼體(3)的內(nèi)腔中設(shè)有與液壓箱殼體 ⑶滑動(dòng)相連的活塞G)，液壓管⑶與液壓箱殼體⑶的內(nèi)腔相連通；所述原位探針( 包括探針管(17)和針尖(18)，針尖(18)與探針管(17)的底端固定相連，所述探針管(17)的外表面為光滑表面；在探針管(17)的內(nèi)腔(1 中分別設(shè)置加熱絲(14)和至少一個(gè)的作為感溫元件的熱電偶(13)，在所述探針管(17)的內(nèi)腔(15)中填充為低熱容材料的低熱容填充物(16)；所述探針管(17)與活塞(4)的底端固定相連；加熱導(dǎo)線(21)與加熱絲(14)相連，溫度接收導(dǎo)線(11)與熱電偶(13)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置，其特征是在所述探針管(17)的內(nèi)腔(1 頂部設(shè)置絕熱填充物(12)，所述絕熱填充物(1 位于低熱容填充物(16)之上，所述絕熱填充物(1 與探針管(17)密封相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置，其特征是 在探頭空腔(10)的下部設(shè)置帶有探針定向?qū)Э?6)的定向板，在原位探頭O)的底面設(shè)有通孔(20)，所述探針定向?qū)Э?6)和通孔00)的孔徑均略大于探針管(17)的外徑D ；探針定向?qū)Э?6)、通孔(20)、探針管(17)和針尖(18)的中心軸線相重疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置，其特征是所述探針管(17)長度Ll是探針管(17)外徑D的30 120倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置，其特征是加熱絲(14)的長度=探針管(17)長度Li。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置，其特征是所述探針管(17)由高導(dǎo)熱性質(zhì)材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置，其特征是所述低熱容材料為環(huán)氧樹脂；所述高導(dǎo)熱性質(zhì)材料為不銹鋼或硬度> 180HBS的合金鋼，所述絕熱填充物(12)由導(dǎo)熱系數(shù)小于0. lff/m · K的材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置，其特征是在螺紋接頭(1)內(nèi)設(shè)有通道；所述加熱導(dǎo)線的底端依次穿越螺紋接頭(1)內(nèi)的通道、探頭空腔(10)和絕熱填充物(1 后與加熱絲(14)相連，所述溫度接收導(dǎo)線(11)的底端依次穿越螺紋接頭(1)內(nèi)的通道、探頭空腔(10)和絕熱填充物(1 后與熱電偶(1 相連。
9.利用權(quán)利要求1 8中任意一種裝置所進(jìn)行的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的方法，其特征是利用巖土工程勘察所產(chǎn)生的取土孔作為測試孔，依次包括以下步驟1)、通過螺紋接頭(1)使原位探頭( 與鉆桿相連；2)、通過鉆機(jī)使鉆桿帶動(dòng)原位探頭( 沿著測試孔下沉至被測巖土層(9)；從而使原位探針(5)的針尖(18)與被測巖土層(9)相接觸；3)、在地面啟動(dòng)液壓泵，通過活塞(4)帶動(dòng)整個(gè)原位探針( 壓入被測巖土層(9)；靜止5-lOmin后，加熱導(dǎo)線(21)加熱內(nèi)腔(15)中的加熱絲(14)，利用溫度接收導(dǎo)線(11)在地面接收熱電偶(13)的信號(hào)，并記錄、，、以及T1, T2;t1 t2 分別為加熱記錄的起始時(shí)間和終止時(shí)間，單位s ；加熱開始后80 120s為加熱記錄的起始時(shí)間，加熱結(jié)束時(shí)間為加熱記錄的終止時(shí)間；T1, T2 分別對應(yīng)于時(shí)間ti; t2時(shí)熱電偶(13)的溫度，單位=K ； 4)、獲得被測巖土層(9)的導(dǎo)熱系數(shù)K:所述被測巖土層(9)的導(dǎo)熱系數(shù)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的裝置，包括帶有螺紋接頭(1)的原位探頭(2)；在原位探頭(2)內(nèi)設(shè)有探頭空腔(10)，在探頭空腔(10)內(nèi)設(shè)有液壓箱組件和原位探針(5)；原位探針(5)包括探針管(17)和針尖(18)，在探針管(17)的內(nèi)腔(15)中分別設(shè)置加熱絲(14)和熱電偶(13)，在探針管(17)的內(nèi)腔(15)中填充為低熱容材料的低熱容填充物(16)；探針管(17)與活塞(4)的底端固定相連；加熱導(dǎo)線(21)與加熱絲(14)相連，溫度接收導(dǎo)線(11)與熱電偶(13)相連。本發(fā)明還同時(shí)提供了利用上述裝置所進(jìn)行的壓入式原位分層測試巖土熱物性參數(shù)的方法。
文檔編號(hào)G01N25/20GK102175713SQ20101060575
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月25日
發(fā)明者馬宇飛, 馬海龍 申請人:浙江理工大學(xué)