[发明专利]一种适用于饱和冻土的导热系数计算方法

摘要

本发明提供一种适用于饱和冻土的导热系数计算方法，该方法包括步骤有计算所求干密度ρd的饱和冻土的土颗粒的体积含量；依据未冻水测试试验确定所求干密度ρd的饱和冻土的未冻水含量；确定饱和砂质冻土中的孔隙冰体积含量；分别计算饱和砂质冻土中土骨架、未冻水、孔隙冰所占饱和砂质冻土的体积比；计算饱和冻土的导热系数λ。本发明的有益效果是：为冻土导热系数研究及土工热计算提供了新的计算方法；本计算方法综合考虑多种影响因素的影响，涉及未知参数少，计算结果与实测结果平均误差低于5％。

主权项

1.一种适用于饱和冻土的导热系数计算方法，该方法包括以下步骤：1)依据下式(1)计算饱和冻土土骨架的体积含量V_s，式中，V_s为饱和冻土土骨架的体积含量；ρ_d为饱和冻土的干密度；d_s为饱和冻土对应干土的相对密度；ρ_d为饱和冻土中孔隙水的密度；V为饱和冻土的总体积；2根据冻土未冻水含量的测试试验确定对应干密度为ρ_d时的饱和冻土的未冻水含量W_u，并依据式(2)计算出饱和冻土中未冻水的体积含量V_u：式中，V_u为饱和冻土的未冻水体积含量；ρ_d为饱和冻土干密度；ρ_w为水的密度；W_u为饱和冻土的未冻水含量；3)依据下式(3)确定饱和冻土中的孔隙冰体积含量V_i：V_i＝1.1(V‑V_s‑V_u)            (3)饱和冻土中土骨架、未冻水、孔隙冰的体积含量存在式(4)关系V＝V_s+V_u+V_i              (4)式中，V_i为饱和冻土的孔隙冰体积含量；V为饱和冻土总体积；V_s为饱和冻土中土骨架的体积含量；V_u为饱和冻土中未冻水的体积含量；4)分别依据下式(5)、式(6)和式(7)计算饱和冻土中土骨架、未冻水、孔隙冰所占饱和冻土的体积分数：式中，P_s、P_u、P_i分别为饱和冻土中土骨架、未冻水、孔隙冰所占饱和冻土的体积分数；V_s为饱和冻土中土骨架的体积含量；V_u饱和冻土中未冻水的体积含量；V_i为饱和冻土中的孔隙冰体积含量；5)根据式(1‑7)推导出计算饱和冻土的导热系数λ为下式(8)：式中，P_s、P_u、P_i分别为饱和冻土中土骨架、未冻水、冰体所占饱和冻土的体积分数，依据式(5‑7)计算获取；λ_s、λ_w、λ_i分别表示饱和冻土中土骨架、未冻水、孔隙冰的导热系数，λ_w、λ_i取经验值即λ_w＝0.55W/(m·℃)、λ_i＝2.22W/(m·℃)，λ_s由下式(9)计算得到式中，λ_dry为干土导热系数，通过瞬态热源法测得，n为冻土孔隙率，按式(10)计算6)根据下式(11)计算所得导热系数值与实测值的误差：式中，λ₁、λ₂分别为该发明计算方法及实测方法所得饱和冻土导热系数值。