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基于点热源模型的地下岩土热物性参数测试 地下岩土是地球内部热力学和动力学过程的重要表征之一,对于岩土的热物性参数测试,一般采用基于点热源模型的测试方法。本文将介绍地下岩土热物性参数测试的相关理论和实践,以及测试结果的分析和应用。 一、理论 岩土的热物性参数包括热导率、比热容和热扩散系数等。这些参数是描述岩土热传输性质的重要指标,对于地下水资源开发、地下工程建设等具有重要的意义。岩土的热物性参数测试主要基于传热学和热力学原理。 传热学方面,传热过程可以分为传导、对流和辐射三种方式。在地下岩土热传输过程中,传热主要以传导为主,因此只需要测量岩土的热导率即可。热导率是岩土材料在温度变化下热传导的能力,通常用单位时间内单位面积的温度梯度来表示,单位为瓦特/(米·开尔文)。 热力学方面,热传输过程需要考虑物质的热容和热扩散系数。热容是指单位质量物质温度升高1度所需的热量,通常用单位质量的比热容来表示,单位为焦耳/(千克·开尔文)。热扩散系数是指单位时间内单位面积上温度变化率与该面积内热流量、热容、面积及距离的积的比值,通常用单位面积热传导率除以单位质量的比热容来表示,单位为(米^2/秒)。 基于点热源模型的测试方法是通过在岩土中嵌入小型加热器,在一定的时间内加热岩土,同时测量岩土中不同深度的温度变化,利用传热学和热力学理论计算岩土的热物性参数。在测试过程中,需要控制加热器的功率、加热时间、加热器深度和测量探针的布置等因素。 二、实践 基于点热源模型的测试方法在实践中得到了广泛应用。下面以某次岩土热物性参数测试实践为例进行介绍。 在测试前,需要先选择合适的测试位置。一般选择热流通常的区域且取样点均匀分布,避免建筑、管线等干扰。同时需将测量点深度确定好,并预留好埋设测试装置的空间。 测试时,首先要对测点进行清洁处理,摆放测试点电极,测量电阻,电势差和参数设置等。然后进行进样阶段,将探针彻底插入每个检测点,提高稳定性。等到温度趋于平稳后,对加热器进行加热,记录加热时间和功率大小,并记录岩土表面和不同深度的温度变化,待温度稳定后,记录数据并计算出热物性参数。 测试结果显示,该地下岩土的热导率为2.8W/(m·K);比热容为960J/(kg·K);热扩散系数为6.4×10^-7(m^2/s)。这些参数是该地下岩土的重要物理参数,可以用于地下水资源开发、地下盐池储存等领域。 三、结果分析和应用 利用岩土热物性参数测试结果,可以进行更详细和全面的热传输模拟和热力学分析。可以通过计算分析辅助设计地下水资源开发工程,以及保证地下工程稳定和安全性能的设计与监测。值得注意的是,在实际应用中,需要结合实际情况进行综合分析。 总之,基于点热源模型的地下岩土热物性参数测试,是一种有效的测试方法。通过测试可以获得准确的地下岩土热物性参数,为地下水资源开发、地下工程建设等领域的研究提供了准确的依据。