本實用新型屬于凍土工程的熱參數(shù)測試領(lǐng)域，特別是一種用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置，可同時測定不同負溫凍土在不同方向的導熱系數(shù)。

背景技術(shù)：

凍土是由土骨架、水、冰和氣體組成的四相體系，受土體碎散和結(jié)構(gòu)性影響，土體具有較強的各向異性特性。不同溫度下的非飽和凍土中水分分布情況復雜，受冷源和土體宏微觀力影響，土體中的未凍水進行著非線性的水分遷移。因此，凍土的導熱系數(shù)呈現(xiàn)出較大的各向異性。

常規(guī)凍土溫度場計算中，導熱系數(shù)通常假定為各向同性或正交各向異性，這與凍土實際是不相符的。將某一方向凍土的導熱系數(shù)作為凍土的實際導熱系數(shù)，使得溫度場計算值與真值之間存在一定誤差，據(jù)數(shù)值分析這種誤差約為真值的10％～75％。目前的凍土導熱系數(shù)方法分為穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法，穩(wěn)態(tài)法測定的為某區(qū)域凍土導熱系數(shù)的平均值，瞬態(tài)法一般僅能測定某一方向凍土的導熱系數(shù)。因此，有必要對凍土導熱系數(shù)的各向異性特性進行認識，從而正確認識和評估凍土的溫度場分布。該方法對提升凍土工程的溫度場計算精度具有重要價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型目是提供一種用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置，實現(xiàn)凍土各向?qū)嵯禂?shù)的直接測試，將需要多次測試的土體各向?qū)嵯禂?shù)簡化為一次，同時解決了試樣易擾動和測試熱源不唯一的難題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置，該用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置插入土體內(nèi)部，并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，其中：該裝置包括一根加熱測溫探針、三根測溫探針、手柄、數(shù)據(jù)線，所述加熱測溫探針的內(nèi)部布置有加熱絲、上測溫點、下測溫點、探針壁、填充砂；測溫探針端部內(nèi)壁設(shè)置有測溫點，測溫探針的探針壁、填充砂；手柄由手持圓柱和安裝圓柱組成，手持圓柱的圓面和安裝圓柱的圓面相連接，安裝圓柱上設(shè)置有四個探針安裝孔。數(shù)據(jù)線經(jīng)手柄孔道和探針安裝孔與一根加熱測溫探針和三根測溫探針相連接；數(shù)據(jù)線由加熱測溫探針的一組加熱線、加熱測溫探針的二組測溫線和測溫探針的三組測溫線組成；將數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，形成用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置。

本實用新型的效果是該裝置具備測試時間較短、計算便捷等優(yōu)勢，為計算凍土各向的導熱系數(shù)提供一種手段。通過對比計算和實測值，該裝置的預測誤差在7.2％以內(nèi)。精度的提高能夠最大限度提升對凍土熱傳導性能的認識，為凍土溫度場的熱參數(shù)選取提供保障。

附圖說明

圖1為本實用新型的用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置；

圖2為本實用發(fā)明新型涉及的加熱測溫探針組成示意圖；

圖3為本實用新型涉及的測溫探針示意圖；

圖4為本實用新型涉及的手柄左視圖；

圖5為本實用新型涉及的手柄右視圖。

圖中：

1.加熱測溫探針 2.測溫探針 3.手柄 4.數(shù)據(jù)線 11.加熱絲 12.上測溫點 13.下測溫點 14.探針壁 15.填充砂 21.測溫點 31.手持圓柱 32.安裝圓柱 33.探針安裝孔 34.孔道 41.加熱線 42.測溫線

具體實施方式

結(jié)合附圖對本實用新型的用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置加以說明。

本實用新型的用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置的原理：基于線熱源法在導熱系數(shù)測定中的應用，通過測定水平三個方向和豎直二個方向的導熱系數(shù)，提出了用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置。

本實用新型的用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置結(jié)構(gòu)是，用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置插入土體內(nèi)部，并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，該裝置包括一根加熱測溫探針1、三根測溫探針2、手柄3、數(shù)據(jù)線4，如圖1所示。所述加熱測溫探針1的內(nèi)部布置有加熱絲11、上測溫點12、下測溫點13、探針壁14、填充砂15；如圖2所示。測溫探針2端部內(nèi)壁設(shè)置有測溫點21，測溫探針2同樣設(shè)有探針壁14、填充砂15；如圖3所示。手柄3由手持圓柱31和安裝圓柱32組成，手持圓柱31的圓面和安裝圓柱32的圓面相連接，安裝圓柱32上設(shè)置有四個探針安裝孔33，如圖4和圖5所示。數(shù)據(jù)線4經(jīng)手柄3孔道34和探針安裝孔33與一根加熱測溫探針1和三根測溫探針2相連接；數(shù)據(jù)線4由加熱測溫探針1的一組加熱線41、加熱測溫探針1的二組測溫線42和測溫探針2的三組測溫線42組成；將數(shù)據(jù)線4與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，即形成用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置。

本實用新型的用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)裝置使用時：

1)將用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置垂直插入待測試樣中，將數(shù)據(jù)線4中的一組加熱線41與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的加熱電源連接；將數(shù)據(jù)線4的測溫線42與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的溫度采集儀相連接。

2)分別對測溫點進行編號，其中加熱測溫探針1的上下測溫點分別命名為a、b；三根測溫探針2按照順時針命名為c、d、e。

3)采集溫度數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的溫度采集儀讀數(shù)穩(wěn)定后記錄加熱測溫探針1和測溫探針2讀取的溫度值，記為T_j1；隨后用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的加熱電源對加熱測溫探針1內(nèi)部的加熱絲進行加熱，記錄加熱開始開始t₁和結(jié)束時間t₂；同時記錄數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的加熱電源提供的電流強度I和輸出電壓U；待數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的溫度采集儀讀數(shù)再次穩(wěn)定后，關(guān)閉數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的加熱電源，并記錄加熱測溫探針1和測溫探針2讀取的溫度值，記為T_j2。

4)依據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄的測溫點a、b、c、d、e的溫度值T_a1、T_a2；T_b1、T_b2；T_c1、T_c2；T_d1、T_d2；T_e1、T_e2；結(jié)合式(1)計算凍土的導熱系數(shù)，式(1)為：

式(1)中，I為電流強度，A；U為輸出電壓，V；t₁和t₂為加熱過程開始與結(jié)束時間；T_j1和T_j2為測溫點j記錄的加熱開始與結(jié)束時對應的溫度，℃；均在步驟3)中獲取。依據(jù)該方法可獲取不同負溫下凍土各向的導熱系數(shù)，為凍土溫度場的熱參數(shù)選取提供保障。

通過對粉質(zhì)粘土重塑試樣與常規(guī)的穩(wěn)態(tài)法多次多角度測試結(jié)果進行比較，提出的用于測定凍土各向?qū)嵯禂?shù)的裝置在水平方向的誤差保持在4.4％以內(nèi)，在豎直方向的誤差保持在7.2％以內(nèi)。精度的提高能夠最大限度提升對凍土熱傳導性能的認識，為凍土溫度場的熱參數(shù)選取提供保障

以上所述僅為結(jié)合本次計算過程進行說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可有各種變化和更改。凡依據(jù)本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。