[发明专利]压入式原位分层测试岩土热物性参数的方法及所用装置

权利要求书

1.压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置，其特征是：包括带有螺纹接头(1)的原位探头(2)；在原位探头(2)内设有探头空腔(10)，在探头空腔(10)内设有液压箱组件和位于液压箱组件下方的原位探针(5)；

所述液压箱组件包括液压箱壳体(3)，在液压箱壳体(3)的内腔中设有与液压箱壳体(3)滑动相连的活塞(4)，液压管(8)与液压箱壳体(3)的内腔相连通；

所述原位探针(5)包括探针管(17)和针尖(18)，针尖(18)与探针管(17)的底端固定相连，所述探针管(17)的外表面为光滑表面；在探针管(17)的内腔(15)中分别设置加热丝(14)和至少一个的作为感温元件的热电偶(13)，在所述探针管(17)的内腔(15)中填充为低热容材料的低热容填充物(16)；所述探针管(17)与活塞(4)的底端固定相连；加热导线(21)与加热丝(14)相连，温度接收导线(11)与热电偶(13)相连。

2.根据权利要求1所述的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置，其特征是：在所述探针管(17)的内腔(15)顶部设置绝热填充物(12)，所述绝热填充物(12)位于低热容填充物(16)之上，所述绝热填充物(12)与探针管(17)密封相连。

3.根据权利要求1或2所述的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置，其特征是：在探头空腔(10)的下部设置带有探针定向导孔(6)的定向板，在原位探头(2)的底面设有通孔(20)，所述探针定向导孔(6)和通孔(20)的孔径均略大于探针管(17)的外径D；探针定向导孔(6)、通孔(20)、探针管(17)和针尖(18)的中心轴线相重叠。

4.根据权利要求3所述的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置，其特征是：所述探针管(17)长度L1是探针管(17)外径D的30～120倍。

5.根据权利要求4所述的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置，其特征是：加热丝(14)的长度＝探针管(17)长度L1。

6.根据权利要求5所述的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置，其特征是：所述探针管(17)由高导热性质材料制成。

7.根据权利要求6所述的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置，其特征是：所述低热容材料为环氧树脂；所述高导热性质材料为不锈钢或硬度≥180HBS的合金钢，所述绝热填充物(12)由导热系数小于0.1W/m·K的材料制成。

8.根据权利要求7所述的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置，其特征是：在螺纹接头(1)内设有通道；所述加热导线(21)的底端依次穿越螺纹接头(1)内的通道、探头空腔(10)和绝热填充物(12)后与加热丝(14)相连，所述温度接收导线(11)的底端依次穿越螺纹接头(1)内的通道、探头空腔(10)和绝热填充物(12)后与热电偶(13)相连。

9.利用权利要求1～8中任意一种装置所进行的压入式原位分层测试岩土热物性参数的方法，其特征是：利用岩土工程勘察所产生的取土孔作为测试孔，依次包括以下步骤：

1)、通过螺纹接头(1)使原位探头(2)与钻杆相连；

2)、通过钻机使钻杆带动原位探头(2)沿着测试孔下沉至被测岩土层(9)；从而使原位探针(5)的针尖(18)与被测岩土层(9)相接触；

3)、在地面启动液压泵，通过活塞(4)带动整个原位探针(5)压入被测岩土层(9)；静止5-10min后，加热导线(21)加热内腔(15)中的加热丝(14)，利用温度接收导线(11)在地面接收热电偶(13)的信号，并记录t₁，t₂以及T₁，T₂；

t₁，t₂：分别为加热记录的起始时间和终止时间，单位：s；加热开始后80～120s为加热记录的起始时间，加热结束时间为加热记录的终止时间；

T₁，T₂：分别对应于时间t₁，t₂时热电偶(13)的温度，单位：K；

4)、获得被测岩土层(9)的导热系数K：

所述被测岩土层(9)的导热系数

q：单位长度线热源的发热功率，单位W/m；

U：原位探针(5)加热电压，单位V；

R：原位探针(5)电阻，由加热丝(14)的材料确定，单位Ω；

L：加热丝(14)的长度，单位m，同探针管(17)的长度。