[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种原位测试岩土热物性参数的方法，特别涉及一种通过静压方式，可以现场测试任意埋置深度岩土层的热物性参数的方法。

背景技术

现在尚没有能在原位测试任意埋置深度岩土层热物性参数的方法。现有的分层岩土热物性的测试方法为：将现场不同埋置深度的岩土体取样到实验室内，再针对取出的岩土体样品做热物性试验，从而获得相应参数。

在将现场岩土体取样到实验室的过程中，存在以下严重问题：一是取样及运输过程中破坏了岩土体的结构性；二是取样及运输过程中岩土体的含水量会部分丢失；三是将深层岩土体取到地面以上，取出的样品卸载回弹变的疏松；四是由于测试土样的体积局限性，难以满足线性热源到被测岩土体边界无限大的假设。

上述四个情况恰好是影响岩土体热物性参数测试准确与否的重要因素，在这四种情况存在的条件下，在实验室内无论怎样模拟也无法逼近岩土样的原始赋存状态。通常情况下，破坏了岩土体的结构性，也就是破坏了岩土体的连续性，会导致岩土体导热系数的减小。岩土体含水量减少，也会导致岩土体导热系数的减小。岩土体卸载以后回弹变的疏松也使岩土体导热系数变小。由于室内测试土样体积的局限性，线热源的热量很快影响到土样边界，导致测试数据不真实。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种通过静压方式，将探针压入岩土体，能在原位测试任意埋置深度岩土体热物性参数的方法，该测试方法完全满足岩土体原始赋存状态，测试出来的参数真正代表岩土体所在位置的真实值。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置，包括带有螺纹接头的原位探头；在原位探头内设有探头空腔，在探头空腔内设有液压箱组件和位于液压箱组件下方的原位探针；

液压箱组件包括液压箱壳体，在液压箱壳体的内腔中设有与液压箱壳体滑动相连的活塞，液压管与液压箱壳体的内腔相连通；

原位探针包括探针管和针尖，针尖与探针管的底端固定相连，探针管的外表面为光滑表面；在探针管的内腔中分别设置加热丝和至少一个的作为感温元件的热电偶，在探针管的内腔中填充为低热容材料的低热容填充物；探针管与活塞的底端固定相连；加热导线与加热丝相连，温度接收导线与热电偶相连。

作为本发明的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置的改进：在探针管的内腔顶部设置绝热填充物，绝热填充物位于低热容填充物之上，绝热填充物与探针管密封相连。

作为本发明的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置的进一步改进：在探头空腔的下部设置带有探针定向导孔的定向板，在原位探头的底面设有通孔，探针定向导孔和通孔的孔径均略大于探针管的外径D；探针定向导孔、通孔、探针管和针尖的中心轴线相重叠。

作为本发明的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置的进一步改进：探针管长度L1是探针管外径D的30～120倍。

作为本发明的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置的进一步改进：加热丝的长度＝探针管长度L1。

作为本发明的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置的进一步改进：探针管由高导热性质材料制成。

作为本发明的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置的进一步改进：低热容材料为环氧树脂；高导热性质材料通常为不锈钢或硬度≥180HBS的合金钢，所述绝热填充物由导热系数小于0.1W/m·K的材料(例如复合硅酸盐类材料等)制成。

作为本发明的压入式原位分层测试岩土热物性参数的装置的进一步改进：在螺纹接头内设有通道；加热导线的底端依次穿越螺纹接头内的通道、探头空腔和绝热填充物后与加热丝相连，温度接收导线的底端依次穿越螺纹接头内的通道、探头空腔和绝热填充物后与热电偶相连。

本发明还同时提供了利用上述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，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)、通过螺纹接头使原位探头与钻杆相连；

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

3)、在地面启动液压泵，通过活塞带动整个原位探针压入被测岩土层；静止5-10min(目的是使压入过程中因摩擦所产生的热量散尽)后，加热导线加热内腔中的加热丝，利用温度接收导线在地面接收热电偶的信号，并记录t₁，t₂以及T₁，T₂；