[发明专利]一种饱和砂土渗透率–导热指数测试装置及其测量方法

说明书

本发明属于海洋岩土工程领域，具体涉及一种饱和砂土渗透率–导热指数测试装置及其测量方法，包括测温部和下埋部，所述下埋部上配合设置恒温热源，所述测温部上设置第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器。本发明利用恒温热源在砂土体内形成稳定分布的热场，利用温度传感器确定温度分布，基于不同渗透率–导热指数中热场分布的差异，通过砂土体渗透率，导热系数，空隙率，温度之间的关系，得到砂土体的渗透率–导热指数，适用于海底饱和砂土的渗透率–导热指数的现场原位测量，测量方法简单，效果极佳。

技术领域

本发明属于海洋岩土工程领域，具体涉及一种饱和砂土渗透率–导热指数测试装置及其测量方法。

背景技术

饱和多孔介质的特性，包括其渗透率及导热系数，在海洋工程的安装和运行中起着重要的指导作用。研究表面，埋于高渗透介质(10-9m2)的海底电缆的最大温度衰减比埋于低渗透多孔介质(10-18m2)的海底电缆的核心最高温度衰减超过50％。同时，介质的导热系数对于海底电缆的散热也起着重要作用。在岩土渗透率测量研究领域，目前应用比较普遍的是常水头法，变水头法及井孔注水试验法，其中常水头法及变水头法是常用的实验室测定方法，井孔注水试验法是现场原位测定方法。但是这两类测定方法存在一定的缺陷：(1)这两类方法从原理上而言不能直接测定饱和土体的渗透率；(2)实验室测定方法破坏了土体所处的客观环境，包括压力及温度条件；(3)实验室测定方法对于大范围获取砂土的渗透率存在一定的困难；(4)井孔注水试验法能获取较准确的渗透率，但试验所需的费用较高。而对于导热系数目前主要采用的测量方法主要为实验室测量方法。因此，准确的岩土的渗透率及导热系数应采取现场原位测量的方法来确定。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种饱和砂土渗透率–导热指数测试装置及其测量方法的技术方案，用于海底饱和砂土的渗透率–导热指数的现场原位测量，反映出测量范围内砂土体的渗透及导热特性，为工程提供指导。

所述的一种饱和砂土渗透率–导热指数测试装置，其特征在于包括上下配合连接的测温部和下埋部，所述下埋部和测温部用以插入砂土体，所述下埋部上配合设置恒温热源，所述测温部上设置第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器，所述第三温度传感器位于中央，所述第四温度传感器和第一温度传感器分别位于第三温度传感器的上下两侧，所述第五温度传感器和第二温度传感器分别位于第三温度传感器的左右两侧。

所述的一种饱和砂土渗透率–导热指数测试装置，其特征在于所述下埋部为锥状结构。

所述的一种饱和砂土渗透率–导热指数测试装置，其特征在于所述测温部的上端配合连接支撑部，所述支撑部用以与砂土体表面相抵。

所述的一种饱和砂土渗透率–导热指数测试装置，其特征在于所述测温部与支撑部之间配合连接上连接部。

所述的一种饱和砂土渗透率–导热指数测试装置，其特征在于所述测试装置还包括热源稳压控制器、温度显示记录仪、控制单元及后处理程序模块，所述控制单元分别与热源稳压控制器、温度显示记录仪及后处理程序模块电连接，所述热源稳压控制器与恒温热源电连接，所述温度显示记录仪与第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器电连接。

一种如上所述测试装置的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将下埋部和测温部垂直插入砂土体；

步骤二：将温度显示记录仪与第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器连接，显示并记录砂土体的初始温度；将热源稳压控制器连接恒温热源，启动热源稳压控制器对恒温热源进行加热，通过热源稳压控制器确定恒温热源温度数值稳定不变，确定温度显示记录仪上第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器温度数据稳定，终止测量；