本發(fā)明涉及多孔巖土體的脫濕技術(shù)，尤其涉及一種基于脫濕技術(shù)的多孔巖土體熱物性參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)如今，多孔巖土體的脫濕技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用，尤其在巖土體的相關(guān)科學(xué)研究領(lǐng)域中，為各項(xiàng)試驗(yàn)提供了良好的基礎(chǔ)保障。準(zhǔn)確可靠的脫濕技術(shù)能夠確保最終的結(jié)果的精確度并且使得試驗(yàn)過(guò)程的便捷性。研究表明，多孔巖土體含水率的連續(xù)性變化將會(huì)直接影響到巖土體的某些力學(xué)物理性質(zhì)，已經(jīng)成為巖土體性質(zhì)研究中不可忽略的重要因素，例如巖土體含水率在不斷地變小的過(guò)程中其抗剪強(qiáng)度也會(huì)呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。但，傳統(tǒng)的測(cè)量含水率的方式主要是采用烘干法獲取相關(guān)參數(shù)，操作麻煩并且不是針對(duì)同一樣品，誤差較大，可信度并不是特別高。

熱物性作為巖土體一項(xiàng)重要的熱物理性質(zhì)，是盆地沉積層、巖石圈熱結(jié)構(gòu)和沉積盆地?zé)釟v史恢復(fù)和盆地?zé)崮M方面的研究中必不可少的基本數(shù)據(jù)，它對(duì)盆地油氣生成、資源評(píng)價(jià)具有重要作用。在地源熱泵系統(tǒng)的安裝中，巖土體的熱物性是設(shè)計(jì)和使用中所考慮的重要參數(shù)，如果沒有準(zhǔn)確的熱物性參數(shù)，就直接導(dǎo)致熱泵系統(tǒng)涉及過(guò)大導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，成本大大提高，擬設(shè)計(jì)過(guò)小導(dǎo)致運(yùn)行機(jī)組的不穩(wěn)定，影響其使用壽命。與此同時(shí)在地鐵、隧道、核反應(yīng)堆填埋等重大地質(zhì)工程中都根據(jù)熱物性參數(shù)來(lái)評(píng)估周圍巖土體與地質(zhì)工程體之間熱交換效率。因此進(jìn)行巖土體的熱物性研究具有重要的意義。

另外，關(guān)于含水率和熱物性參數(shù)的測(cè)定主要是采用靜態(tài)的測(cè)量，無(wú)法將動(dòng)態(tài)的測(cè)定不同含水率情況下熱物性參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種將脫濕技術(shù)與巖土體熱物性參數(shù)測(cè)試有機(jī)的結(jié)合在一起，動(dòng)態(tài)測(cè)量可控含水率多孔巖土體的熱物性參數(shù)，進(jìn)而研究含水率與熱物性參數(shù)之間的關(guān)系，且含水率測(cè)量準(zhǔn)確度高的基于脫濕技術(shù)的多孔巖土體熱物性參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種基于脫濕技術(shù)的多孔巖土體熱物性參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，包括一樣品室、脫濕裝置、含水率測(cè)試儀和熱參數(shù)測(cè)試儀，所述樣品室內(nèi)密封巖土體樣品，含水率測(cè)試儀和熱參數(shù)測(cè)試儀沿水平方向插入巖土體樣品內(nèi)，且含水率測(cè)試儀和熱參數(shù)測(cè)試儀均指向巖土體樣品的軸心，所述含水率測(cè)試儀測(cè)試巖土體樣品的含水率，所述熱參數(shù)測(cè)試儀測(cè)試巖土體樣品的熱物性參數(shù)，所述樣品室的上端連通脫濕裝置，所述脫濕裝置向所述樣品室內(nèi)通入干燥氣體并施加壓力，所述巖土體樣品內(nèi)的水分在壓力和干燥氣體的雙重作用下逐漸排出，所述巖土體樣品的含水率和熱物性參數(shù)逐漸改變，所述含水率測(cè)試儀和熱參數(shù)測(cè)試儀持續(xù)測(cè)試巖土體樣品的含水率和熱物性參數(shù)進(jìn)而得到巖土體樣品的含水率和熱物性參數(shù)之間的關(guān)系。

進(jìn)一步，所述脫濕裝置包括空氣壓縮機(jī)和干燥管，所述干燥管連通樣品室和空氣壓縮機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的氣體經(jīng)干燥管干燥得到干燥氣體，所述干燥氣體進(jìn)入樣品室內(nèi)，并在樣品室內(nèi)通過(guò)壓力和干燥氣體的雙重作用使巖土體樣品內(nèi)的水分逐漸排出。

進(jìn)一步，所述空氣壓縮機(jī)和干燥管間設(shè)有一壓力表，所述壓力表和干燥管間設(shè)有一閥門，所述壓力表實(shí)時(shí)顯示樣品室內(nèi)的壓力大小，根據(jù)壓力大小調(diào)節(jié)所述閥門控制樣品室內(nèi)的脫濕進(jìn)程及強(qiáng)度。

進(jìn)一步，所述空氣壓縮機(jī)、干燥管和樣品室之間均通過(guò)導(dǎo)管連通。

進(jìn)一步，所述樣品室的下端連通一脫濕測(cè)量裝置，所述巖土體樣品排出的水分進(jìn)入脫濕測(cè)量裝置，并通過(guò)所述脫濕測(cè)量裝置測(cè)得所述巖土體樣品排出的水分量進(jìn)而得到巖土體樣品的含水率，驗(yàn)證所述含水率測(cè)試儀的測(cè)試結(jié)果。

進(jìn)一步，所述脫濕測(cè)量裝置包括電子天平和錐形瓶，所述錐形瓶放置在電子天平的上方，所述巖土體樣品排出的水分進(jìn)入錐形瓶，通過(guò)所述電子天平稱量得到巖土體樣品排出的水分量。

進(jìn)一步，所述含水率測(cè)試儀連接含水率測(cè)試控制面板，所述熱參數(shù)測(cè)試儀連接熱參數(shù)測(cè)試控制面板，所述含水率測(cè)試控制面板和熱參數(shù)測(cè)試控制面板均連接計(jì)算機(jī)，所述含水率測(cè)試儀和熱參數(shù)測(cè)試儀將測(cè)量數(shù)據(jù)分別傳輸給含水率測(cè)試控制面板和熱參數(shù)測(cè)試控制面板，再通過(guò)含水率測(cè)試控制面板和熱參數(shù)測(cè)試控制面板傳輸給計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

進(jìn)一步，所述樣品室包括底座、圓柱形室壁、上蓋、螺桿、密封圈、t型密封螺絲和透水石，所述圓柱形室壁設(shè)在底座和上蓋之間，所述圓柱形室壁和底座、上蓋的接觸處通過(guò)密封圈密封，所述圓柱形室壁的外側(cè)設(shè)有螺桿，所述螺桿將底座和上蓋固定，所述圓柱形室壁的內(nèi)部下方設(shè)有透水石，所述透水石的上方放置巖土體樣品，所述圓柱形室壁的中部?jī)蓚?cè)沿水平方向?qū)ΨQ設(shè)有t型密封螺絲，所述含水率測(cè)試儀和熱參數(shù)測(cè)試儀通過(guò)所述t型密封螺絲插入巖土體樣品內(nèi)，所述上蓋和底座的中間均插入一導(dǎo)管，所述上蓋內(nèi)插入的導(dǎo)管連通圓柱形室壁和脫濕裝置，所述底座內(nèi)插入的導(dǎo)管連通圓柱形室壁和脫濕測(cè)量裝置。

進(jìn)一步，所述t型密封螺絲包括t型空心螺釘和橡膠管，所述t型空心螺釘和橡膠管的形狀和尺寸均相適配，所述橡膠管設(shè)在t型空心螺釘?shù)膬?nèi)部，所述t型空心螺釘和橡膠管通過(guò)結(jié)構(gòu)膠連接空隙，所述t型空心螺釘固定在圓柱形室壁上，所述含水率測(cè)試儀和熱參數(shù)測(cè)試儀通過(guò)橡膠管插入巖土體樣品內(nèi)，所述橡膠管的內(nèi)部尺寸與含水率測(cè)試儀和熱參數(shù)測(cè)試儀的插入部分的尺寸相適配。

進(jìn)一步，所述螺桿通過(guò)旋緊螺帽將底座和上蓋固定，所述上蓋內(nèi)插入的導(dǎo)管的內(nèi)側(cè)和外側(cè)均通過(guò)密封螺絲固定，所述底座設(shè)有一快插口，所述底座內(nèi)插入的導(dǎo)管通過(guò)快插口插入。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、為多孔巖土體的脫濕技術(shù)提供了一種新的方法，采用壓力差與干燥氣體吸濕技術(shù)實(shí)現(xiàn)多孔巖土體的完全脫濕；

2、沿水平方向測(cè)試多孔巖土樣品的中間一截面，實(shí)現(xiàn)了多孔巖土介質(zhì)在脫水過(guò)程中所測(cè)多孔巖土介質(zhì)的含水量是均勻的，為實(shí)驗(yàn)提供了準(zhǔn)確依據(jù)；

3、能夠定量化研究土樣含水率與熱物性參數(shù)的關(guān)系，克服原有的只能靜態(tài)測(cè)量巖土體的含水率與熱物性，將動(dòng)態(tài)脫濕技術(shù)合理的運(yùn)用到測(cè)量熱物性參數(shù)之中，拓展了熱物性測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域；

4、操作方便，測(cè)試精準(zhǔn)，測(cè)試系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單易行，通過(guò)儀器測(cè)量的含水率與熱物性參數(shù)準(zhǔn)確，可以為今后的相關(guān)地質(zhì)工程體研究提供更可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種基于脫濕技術(shù)的多孔巖土體熱物性參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的一示意圖。

圖2是圖1中樣品室的一示意圖。

圖3是圖2中t型密封螺絲的一剖視圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地描述。

請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于脫濕技術(shù)的多孔巖土體熱物性參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，包括一樣品室1、脫濕裝置2、含水率測(cè)試儀41和熱參數(shù)測(cè)試儀51，樣品室1的上端連通一脫濕裝置2，樣品室1的下端連通一脫濕測(cè)量裝置3，樣品室1內(nèi)密封巖土體樣品11，含水率測(cè)試儀41和熱參數(shù)測(cè)試儀51沿水平方向插入巖土體樣品11內(nèi)，且含水率測(cè)試儀41和熱參數(shù)測(cè)試儀51均指向巖土體樣品11的軸心，含水率測(cè)試儀41測(cè)試巖土體樣品的含水率，熱參數(shù)測(cè)試儀51測(cè)試巖土體樣品的熱物性參數(shù)，脫濕裝置2向樣品室1內(nèi)通入干燥氣體并施加壓力，讓巖土體樣品11內(nèi)的水分在壓力和干燥氣體的雙重作用下逐漸排出，巖土體樣品11排出的水分進(jìn)入脫濕測(cè)量裝置3，巖土體樣品11的含水率和熱物性參數(shù)逐漸改變，含水率測(cè)試儀41和熱參數(shù)測(cè)試儀51持續(xù)測(cè)試巖土體樣品11的含水率和熱物性參數(shù)進(jìn)而得到巖土體樣品11的含水率和熱物性參數(shù)之間的關(guān)系，通過(guò)脫濕測(cè)量裝置3測(cè)得巖土體樣品11排出的水分量進(jìn)而得到巖土體樣品11的含水率，驗(yàn)證含水率測(cè)試儀4的測(cè)試結(jié)果。

請(qǐng)參考圖2，樣品室1包括底座12、圓柱形室壁13、上蓋14、螺桿15、密封圈16、t型密封螺絲17和透水石18，圓柱形室壁13設(shè)在底座12和上蓋14之間，圓柱形室壁13和底座12、上蓋14的接觸處通過(guò)密封圈16密封，圓柱形室壁13的外側(cè)設(shè)有螺桿15，螺桿15將底座12和上蓋14固定，在一實(shí)施例中，螺桿15通過(guò)旋緊螺帽19將底座12和上蓋14固定，圓柱形室壁13的內(nèi)部下方設(shè)有透水石18，透水石18的上方放置巖土體樣品11，圓柱形室壁13的中部?jī)蓚?cè)沿水平方向?qū)ΨQ設(shè)有t型密封螺絲17，含水率測(cè)試儀4和熱參數(shù)測(cè)試儀5通過(guò)t型密封螺絲17插入巖土體樣品11內(nèi)，上蓋14和底座12的中間均插入一導(dǎo)管101，在一實(shí)施例中，上蓋14內(nèi)插入的導(dǎo)管101的內(nèi)側(cè)和外側(cè)均通過(guò)密封螺絲102固定，底座12設(shè)有一快插口121，底座12內(nèi)插入的導(dǎo)管101通過(guò)快插口121沿水平方向插入，上蓋14內(nèi)插入的導(dǎo)管101連通圓柱形室壁13和脫濕裝置2，底座12內(nèi)插入的導(dǎo)管101連通圓柱形室壁13和脫濕測(cè)量裝置3。

請(qǐng)參考圖3，在一實(shí)施例中，t型密封螺絲17包括t型空心螺釘171和橡膠管172，t型空心螺釘171和橡膠管172的形狀和尺寸均相適配，橡膠管172設(shè)在t型空心螺釘171的內(nèi)部，t型空心螺釘171和橡膠管172通過(guò)結(jié)構(gòu)膠連接空隙，t型空心螺釘171固定在圓柱形室壁172上，含水率測(cè)試儀41和熱參數(shù)測(cè)試儀51通過(guò)橡膠管172插入巖土體樣品11內(nèi)，橡膠管172的內(nèi)部尺寸與含水率測(cè)試儀41和熱參數(shù)測(cè)試儀51的插入部分的尺寸相適配。

請(qǐng)參閱圖1，脫濕裝置2包括空氣壓縮機(jī)21和干燥管22，干燥管22連通樣品室1和空氣壓縮機(jī)21，在一實(shí)施例中，空氣壓縮機(jī)21、干燥管22和樣品室1之間均通過(guò)導(dǎo)管101連通，空氣壓縮機(jī)21和干燥管22間設(shè)有一壓力表23，壓力表23和干燥管22間設(shè)有一閥門24，壓力表23實(shí)時(shí)顯示樣品室1內(nèi)的壓力大小，根據(jù)壓力大小調(diào)節(jié)閥門24控制樣品1室內(nèi)的脫濕進(jìn)程及強(qiáng)度，空氣壓縮機(jī)21產(chǎn)生的氣體經(jīng)干燥管22干燥后進(jìn)入樣品室1內(nèi)，并在樣品室1內(nèi)通過(guò)氣體壓力和干燥氣體使巖土體樣品11內(nèi)的水分逐漸排出。

脫濕測(cè)量裝置3包括電子天平31和錐形瓶32，錐形瓶32放置在電子天平31的上方，巖土體樣品11排出的水分進(jìn)入錐形瓶32，通過(guò)電子天平31稱量得到巖土體樣品11排出的水分量。

含水率測(cè)試儀41連接含水率測(cè)試控制面板42，熱參數(shù)測(cè)試儀51連接熱參數(shù)測(cè)試控制面板52，含水率測(cè)試控制面板42和熱參數(shù)測(cè)試控制面板52均連接計(jì)算機(jī)6，含水率測(cè)試儀41和熱參數(shù)測(cè)試儀51將測(cè)量數(shù)據(jù)分別傳輸給含水率測(cè)試控制面板42和熱參數(shù)測(cè)試控制面板52，再通過(guò)含水率測(cè)試控制面板42和熱參數(shù)測(cè)試控制面板52傳輸給計(jì)算機(jī)6，計(jì)算機(jī)6對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

工作過(guò)程：將樣品室1通過(guò)導(dǎo)管101連接脫濕裝置2和脫濕測(cè)量裝置3，并密封好，關(guān)閉閥門24；將巖土體樣品11放入樣品室1中，同時(shí)，將含水率測(cè)試儀41和熱參數(shù)測(cè)試儀51通過(guò)t型密封螺絲17插入巖土體樣品11中，并讓含水率測(cè)試儀41和熱參數(shù)測(cè)試儀51位于同一水平面，并密封好；調(diào)試電子天平31，打開空氣壓縮機(jī)21、閥門24、含水率測(cè)試控制面板42和熱參數(shù)測(cè)試控制面板52，以空氣壓縮機(jī)21作為動(dòng)力源，產(chǎn)生高速流動(dòng)的空氣，空氣經(jīng)干燥管22吸濕空氣中的水分子而變?yōu)楦稍餁怏w，而后進(jìn)入樣品室1，樣品室1中的巖土體樣品11處于飽和狀態(tài)時(shí)，巖土體樣品11內(nèi)部的孔隙完全被水分子填充，干燥氣體進(jìn)入樣品室1后，在巖土體樣品11的上下表面產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)差，迫使儲(chǔ)存于巖土體樣品11孔隙內(nèi)的自由水排入脫濕測(cè)量裝置3中；當(dāng)巖土體處于非飽和狀態(tài)時(shí)，干燥氣體攜帶走附著于固體顆粒表面的結(jié)合水至脫濕測(cè)量裝置3中，在脫濕測(cè)量裝置3中通過(guò)電子天平31測(cè)得排出的水分量，同時(shí)，通過(guò)含水率測(cè)試儀41和熱參數(shù)測(cè)試儀51分別測(cè)試不同含水率情況下的熱物性參數(shù)，并傳輸給含水率測(cè)試控制面板42和熱參數(shù)測(cè)試控制面板52，含水率測(cè)試控制面板42和熱參數(shù)測(cè)試控制面板52再將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)6，計(jì)算機(jī)6通過(guò)數(shù)據(jù)分析即可得到不同含水率情況下的熱物性參數(shù)的變化。

本發(fā)明為多孔巖土體的脫濕技術(shù)提供了一種新的方法，采用壓力差與干燥氣體吸濕技術(shù)實(shí)現(xiàn)多孔巖土體的完全脫濕；沿水平方向測(cè)試多孔巖土樣品的中間一截面，實(shí)現(xiàn)了多孔巖土介質(zhì)在脫水過(guò)程中所測(cè)多孔巖土介質(zhì)的含水量是均勻的，為實(shí)驗(yàn)提供了準(zhǔn)確依據(jù)；能夠定量化研究土樣含水率與熱物性參數(shù)的關(guān)系，克服原有的只能靜態(tài)測(cè)量巖土體的含水率與熱物性，將動(dòng)態(tài)脫濕技術(shù)合理的運(yùn)用到測(cè)量熱物性參數(shù)之中，拓展了熱物性測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域；操作方便，測(cè)試精準(zhǔn)，測(cè)試系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單易行，通過(guò)儀器測(cè)量的含水率與熱物性參數(shù)準(zhǔn)確，可以為今后的相關(guān)地質(zhì)工程體研究提供更可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位詞是以附圖中零部件位于圖中以及零部件相互之間的位置來(lái)定義的，只是為了表達(dá)技術(shù)方案的清楚及方便。應(yīng)當(dāng)理解，所述方位詞的使用不應(yīng)限制本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的范圍。

在不沖突的情況下，本文中上述實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。