›› 2010, Vol. 31 ›› Issue (9): 2689-2694.

• 基础理论与实验研究 •    下一篇

非饱和(冻)土导热系数预估模型研究

原喜忠1, 2 ,3,李 宁1, 3,赵秀云2,李 婧2   

  1. 1. 西安理工大学 岩土工程研究所,西安 710048;2. 长安大学 公路学院 特殊地区道路工程教育部重点实验室,西安 710064; 3. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 冻土工程国家重点实验室,兰州 730000
  • 收稿日期:2009-08-11 出版日期:2010-09-10 发布日期:2010-09-16
  • 作者简介:原喜忠,男,1965年生,副教授,主要从事道路工程教学与研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金创新群体资助项目(No. 40821001)。

Study of thermal conductivity model for unsaturated unfrozen and frozen soils

YUAN Xi-zhong 1, 2, 3,LI Ning 1,3,ZHAO Xiu-yun2,LI Jing2   

  1. 1. Institute of Geotechnical Engineering,Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China; 2. Key Laboratory for Special Area Highway Engineering of Ministry of Education, Chang’an University, Xi’an 710064, China; 3. State Key Laboratory of Frozen Soil Engineering, Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
  • Received:2009-08-11 Online:2010-09-10 Published:2010-09-16

摘要:

岩土材料的导热系数是岩土工程温度场分析及建筑热工计算中的重要参数。研究旨在建立一个基于归一化导热系数概念和以土的干燥和饱和状态导热系数为基准的非饱和土导热系数的通用预估模型。通过对文献中328组实测数据的分析发现,将同类土在不同密实度条件下的各种导热系数-含水率曲线簇进行归一化处理后,可以得到惟一的归一化导热系数kr与饱和度Sr(归一化含水率)关系,1/kr与1/Sr呈相关性较好的线性关系,而每支1/kr-1/Sr直线均通过坐标(1,1)点的斜率由土质类型决定。据此提出了一个集成土质类型、密实度(孔隙率)和含水率(饱和度)等因素综合影响的融土和冻土导热系数通用预估模型,并给出了导热系数预估模型中土质参数的取值范围,以及融土和冻土处于完全干燥状态和饱和状态的确定方法。对预估模型进行验证结果表明,所提出的非饱和土导热系数预估模型具有较好准确性。

关键词: 热传导, 导热系数, 土, 冻土, 饱和度

Abstract:

The thermal conductivity of soils is a key parameter in analysis of soil heat transfer in geotechnical engineering. This paper intends to develop a generalized thermal conductivity model for unsaturated unfrozen and frozen soils based on the concept of normalized thermal conductivity with respect to dry and saturated states of soils. 328 groups of experimental results for unfrozen and frozen soils, such as gravels, sands, silts, clays and peat, available from the literature were analyzed to develop the general relationship between the normalized thermal conductivity of soils and the degree of saturation. A unique normalized thermal conductivity and degree of saturation (normalized water content) relationship is obtained for the soils with different porosity and different thermal conductivity and water content relationships. There is a strong linear relationship between the inverse of normalized thermal conductivity (1/kr) and the inverse of degree of saturation (1/Sr) with lines passing through the coordinate (1,1). The soil types control the slope of the 1/kr-1/Sr lines. Accordingly, the model integrating the effects of soil types, density (or porosity) and water content (or degree of saturation) on the thermal conductivity of unfrozen and frozen soils is proposed. Method and parameters for calculating the thermal conductivity of dry and unfrozen or frozen saturated soils are given. The model generally predicts the thermal conductivity within an error of 20% for all kinds of (unfrozen and frozen) soils studied.

Key words: heat transfer, thermal conductivity, soil, frozen soil, degree of saturation

中图分类号: 

  • TH 122
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