基于電阻率法的土體導(dǎo)熱性測試研究.pdf

1、土、砂石、混凝土等孔隙介質(zhì)材料廣泛應(yīng)用于工程中，快速測定孔隙介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)是解決工程中熱傳導(dǎo)問題的關(guān)鍵。因此，大面積、快速、無損測試孔隙介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)是工程需要，具有現(xiàn)實和科學(xué)意義。目前通過試驗確定孔隙介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的方法主要為直接法，即直接通過試驗測試樣本溫度變化反算導(dǎo)熱系數(shù)。由于孔隙介質(zhì)傳熱過程緩慢，直接法具有測試時間長、操作復(fù)雜、價格昂貴、測定環(huán)境要求苛刻、對測試材料的種類和溫度范圍等均有較大局限等不足，因此常用于室內(nèi)實驗室小樣本測

2、試，不適合大面積測試。電阻率法作為一種方便、無損、快速、低廉的方法，應(yīng)用廣泛且樣本電導(dǎo)性參數(shù)與孔隙介質(zhì)的組成成分和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。鑒此，本研究引入電阻率法，以土體樣本為例，從試驗和理論著手，基于電阻率法開展了孔隙介質(zhì)的導(dǎo)熱性測試研究，主要工作如下：
　　1)設(shè)計和完成了一套完整可同時測得孔隙介質(zhì)樣本的電阻率和導(dǎo)熱系數(shù)的試驗系統(tǒng)。試驗樣本以土體為例，試驗系統(tǒng)主要由樣本、自動加熱控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)三大部分組成，自動加熱控制系統(tǒng)可

3、控制和模擬樣本傳熱過程，數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)可實時測得樣本的溫度和電阻變化過程。
　　2)基于多相介質(zhì)推導(dǎo)了孔隙介質(zhì)電阻率數(shù)學(xué)模型。引用Tong的多孔介質(zhì)熱傳導(dǎo)系數(shù)模型，并參考其模型推導(dǎo)思路，考慮了孔隙介質(zhì)樣本結(jié)構(gòu)、溫度、孔隙率及飽和度等影響因素，基于Wiener上下界和Hashin.Strikman邊界，引入模型參數(shù)表示結(jié)構(gòu)組成權(quán)重，由此建立了完備的孔隙介質(zhì)電阻率數(shù)學(xué)理論模型。
　　3)確定了孔隙介質(zhì)熱傳導(dǎo)系數(shù)和電阻率數(shù)學(xué)模型

4、形式和模型參數(shù)。首先通過分析簡化了孔隙介質(zhì)熱傳導(dǎo)系數(shù)和電阻率數(shù)學(xué)模型形式，然后結(jié)合土體樣本試驗數(shù)據(jù)，基于非線性最小二乘法確定了簡化后的模型參數(shù)，得到電阻率和熱傳導(dǎo)系數(shù)與孔隙介質(zhì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的最終表達(dá)式。
　　4)分析建立了孔隙介質(zhì)熱傳導(dǎo)系數(shù)和電阻率之間的數(shù)值關(guān)系?；陔娮杪屎蜔醾鲗?dǎo)系數(shù)與孔隙介質(zhì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的最終表達(dá)式，以孔隙介質(zhì)結(jié)構(gòu)參數(shù)為中間變量，分析建立了孔隙介質(zhì)熱傳導(dǎo)系數(shù)和電阻率的數(shù)值關(guān)系。
　　基于以上工作，建立了孔隙介質(zhì)電