广西红黏土热导率测试及理论预测模型研究

发布时间：2020-03-04 09:53

【摘要】：利用探针法对广西4种红黏土的热导率进行室内测定,获取红黏土热导率随其含水率变化的规律;结合复合介质理论,对常用的热导率计算模型进行模拟分析,尝试寻找一个合适的计算模型对广西红黏土热导率进行有效计算预测;在此基础上,结合矿物组成分析,探讨理论预测模型中红黏土固相热导率的计算取值问题。研究结果表明:(1)在相同的干密度情况下,广西4种红黏土的热导率均以各自临界含水率为界点随体积含水率增加而呈现出分段递增的趋势,各段增长速率不同。(2)采用有效介质理论模型(EMT模型)和并联模型可分段计算广西红黏土的热导率:含水率低于临界值时,采用EMT模型计算;含水率高于临界值时,采用并联模型计算。(3)采用差分有效介质理论对广西红黏土的固相热导率进行取值的方法,综合考虑了红黏土中矿物成分对土颗粒固相热导率的影响,计算结果更接近工程实际。
【图文】：

限wL/%塑限wP/%含水比桂林1.9032.12.740.9177.842.10.41柳州1.8733.22.750.9670.829.30.46来宾1.8534.82.761.0182.042.40.42武鸣1.7034.32.751.1783.054.10.41表2红黏土的矿物组成Table2Mineralcompositionsofredclays取样地点矿物成分组成/%高岭石三水铝石伊利石针铁矿石英桂林58.8911.90 16.2512.96柳州20.91 24.527.9046.67来宾25.60 7.4713.9852.95武鸣83.3814.12 2.50 3热导率测试试验3.1测试方案及过程红黏土热导率测试采用Decagon公司研制的KD2Pro土壤热特性分析仪(见图1)，其测试原理基图1红黏土热导率测试过程Fig.1Testingprocessofsoilthermalconductivity

魇岛缶猱鄧匝猓忝妗肮蚊郶保幻恳缓噫釞首?备2个平行试样；试样制备后，静置12h。(3)采用KD2 Pro测定红黏土热导率。将探针TR 1(单针)和SH 1(双针)依次插入制备好的试样中，测试试样热导率K，测试过程如图1所示。(4)采用烘干法实测试样含水率w。每个试样测试完毕后，取探针插入孔周边区域的土料，用烘干法实测试样的质量含水率w，根据土壤干密度d换算成体积含水率v(vdw)。(5)数据处理。将同一含水率试样的测试结果进行比较，剔除异常值，取余下数据的平均值作为最终的实验结果。3.2测试结果及分析图2为桂林、柳州、来宾、武鸣4种红黏土试样热导率与体积含水率的关系曲线。由此可知，在相同的干密度情况下，4种红黏土的热导率均随体积含水率增加而呈现分段递增的趋势；低含水率时，热导率随着含水率的递增而急剧增加；当含水率增加到某个点时，热导率随着含水率的递增而增加的速度大大减缓，最终趋于平衡。这个含水率点可称为红黏土的“临界含水率”，由图中曲线拐点可估算出桂林、柳州、来宾、武鸣4种红黏土的临界含水率分别为0.443，0.350，0.383，0.494。v/(cm3·cm－3)(a)桂林v/(cm3·cm－3)(b)柳州v/(cm3·cm－3)(c)来宾v/(cm3·cm－3)(d)武鸣图2广西红黏土热导率与体积含水率关系曲线Fig.2RelationshipcurvesbetweenthermalconductivityandvolumetricwatercontentofredclayinGuangxi广西红黏土热导率随体积含水率变化的规律，可从土壤的三相组成及其热物理特性方面进行解释。由土壤物理学[24]可知，土壤是由固、液、气三相组成的多孔介质，液相(水溶液)的导热率为气相(空气)的20倍，，当土壤固体部分维持一定(相同干密度)的情况下，土壤含水量?

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本文编号：2584704