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低温建筑技术
2013年第12期(总第186期)
冻土导热系数测定方法探讨
郑志涛
安徽理工大学,安徽淮南232001)
摘要】冻土导热系数反映了土体传导热量的能力,其测定结果与试验土样的性质,试验方法的选择及试
验环境等都有一定的关系。本文通过室内实验及数值模拟发现国家规范所采用的标准试样尺寸存在不合理性,
并通过实验得出250mmx250mm×60mm较为合理,本实验也可为以后寻求更为合理的试件尺寸提供参考依据。
【关键词】冻土导热系数;比较法;数值模拟
【中图分类号】TU475.2
文献标识码)A
【文章编号】1001-6864(2013)12-(0124-(02
DETERMINATION METHOD FOR THERMAL CONDUCTIVITY OF FROZEN GROUND
ZHENG Zhi-tao
(Anhui University of Science&Technology, Auhui Huainan 232001, China
Abstract: Frozen soil thermal conductivity reflects the ability of heat conduction of soil, the deter-
mination results and test samples, test methods and test environment have a certain relationship. This pa
per found that the specification of
standard sample size is unreasonable through indoor experi
ment and numerical simulation, and the 50mm 250mm 60mm is reasonable, this experiment can
so provide reference for seeking more reasonable specimen size and reasonable for the future
Key words: frozen soil thermal conductivity; comparative method; numerical simulation
岩土材料导热系数是岩土工程温度场分析及建当于双层平壁稳定热传导的情况。把两块试样(待测
筑热工计算中的重要参数。然而,准确的岩土材料的和标准的,标准样品的导热系数已知)重叠在一起
(特别是处于冻结状态下)导热系数的测量过程较为并保持试样外壁具有恒定的温差。当稳定热状祝建
繁琐。国内相关规范以表格形式仅列举了草炭粉立起来后,分别测定两块试样的壁面温度,即可由公
质黏土、粉土ー粉质黏土、碎石粉质黏土和砂砾等4种式(1)求得待测试样的导热系数:
典型土不同密度及含水率条件下的导热系数,这些均
入=入pAO。/AO
来源于徐学祖、陶兆祥早期的试验研究3。典型土
式中,A为导热系数;A。为石蜡导热系数;△0。为石
的导热系数可采用对规范数据进行内插或外延方法蜡样品盒两壁面温差;△B为待测样品盒两壁面温差。
确定,而其他类土导热系数的取值则无所依据。北美
如图1所示为国家规范导热系数测试结果。
地区广泛采用 Johansen于1975年提出的诺模图预估
试验出现以上实验结果可能是试验试样尺寸过
各类土在不同密度及饱和度条件下的导热系数?,该大,导致传热过程中损耗太大,从而导致中间铜板的
方法对国内工程的适用性还有待进一步验证。
温度降不下去,造成试验的不成功,于是,本研究针对
1问题的提出
试验装置的改进方式主要集中在减小试验试样的厚
目前针对冻土导热系数的测试方法主要有稳态度上,式样的厚度越小,热在传递过程中的损耗就越
法和非稳态法两种。其中稳态法包括:①平板法;2低,试验结果也就越精确。因此,本研究将试验土体
比较法;③热流计法。非稳态法包括:①球形探针法;厚度改为100mm和60mm分别进行试验,并采用
②瞬态热线法。在稳态法和非稳态法测定冻土导热FLAC3”进行温度场模拟分析。
系数的实验中,稳态法测定的时间虽长,但是实验结2实验结果及数据分析
果的重复性好,因此,国家规范采用稳态法进行测试。
(1)实验测试。如图2、图3分别为试样土体厚
在稳态法测试中,通常使用热流计法,但国产热流计度为60m和100mm的导热系数测试结果。
的性能欠佳,故采用了比较法
如表1所示为不同试样尺寸导热系数。
比较法是根据一维稳定热传导的原理拟定的,相
由表1中可以看出:土体厚度为250m时试验数