土體復電阻率特徵參數與導熱係數相關性研究

《土體復電阻率特徵參數與導熱係數相關性研究》是依託吉林大學，由杜立志擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：土體復電阻率特徵參數與導熱係數相關性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：杜立志
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

導熱係數與電性參數的相關性是將電法勘探套用到導熱係數間接測量的關鍵。初步研究成果表明基於飽和度變化的土體導熱係數與電導率（電阻率倒數）具有一定的相關性。為了更深層次地分析和探索二者的相關關係，並建立健狀性和普遍適用性更高的相關關係式，本項目以長春地區粉質粘土、粘土為主要研究對象，利用有限元模擬與室內實驗相結合的方法，研究土體微觀結構及顆粒組成、乾密度、含水量、環境溫度等因素對導熱係數、復電阻率特徵參數的影響權重，利用回歸分析法探索具有普適性的土體復電阻率與導熱係數的相關關係式。這將為利用復電阻率法進行地熱能勘探以及對地熱能開發利用潛能的評價奠定理論基礎，同時也進一步為利用二維、三維電法測試對正在運行的地熱井的影響範圍、及其對環境的影響進行實時監測提供了思路，具有較好的理論研究意義和實際套用價值。

結題摘要

導熱係數是介質熱傳遞能力的具體量度。導熱係數作為一個重要的參數，在地下淺層地熱系統，掩埋管道及高壓電纜鋪設等與土體熱傳導有關的工程設計中起著決定性作用。但是當前導熱係數的測試最主要方法是原位測試，要求有鑽孔配合，測試費用高、周期長，不便於形成多點監測，因此工程套用十分不便。探索一種快速低成本的間接測量導熱係數的方法是解決這一問題的途徑之一。岩土體導熱係數取決於土體的礦物成分、顆粒大小、含水率、乾密度和飽和度等物理特性參數。與此同時，理論分析及試驗也表明這些參數對電阻率的影響具有較強的規律，也就是說導熱係數和電阻率取決於一些相同的參數，因此建立導熱係數與電阻率間的相關關係是可能的。於是本項目以此為切入點，研究土體導熱係數與電性參數的相關性，這是將電法勘探套用到導熱係數間接測量的關鍵。 本項目以長春地區粉質黏土為主要研究對象，在長春地區36個地點，取了一百多個粉質黏土原狀土樣，利用本項目研製的基於熱探針法的導熱係數測試系統和HotDisk進口熱物性參數測試儀進行土樣導熱係數的測試，同時利用項目研製的復電阻率測試電極盒配合阻抗分析儀進行復電阻率測試。利用測試數據進行回歸分析確定了導熱係數及電阻率與土體各物性參數的相關關係。為了驗證這一關係式的適用性，製作了8種不同粒徑組成的重塑土，根據標準普氏壓實試驗，在改變含水量的條件下將不同粒組單元的土按設計好的比例混合壓實，並保證每種類型不同飽和度的有效試樣有7個。發現重塑土的電阻率與導熱係數都存在同樣的規律。最後，項目探索性的採用掃描電鏡，從土樣的微觀結構特徵分析了原狀土與重塑土電阻率與導熱係數關係式存在差別的原因。這為利用電法進行地熱能勘探以及對地熱能開發利用潛能的評價奠定理論基礎，同時也進一步為利用電法測試對正在運行的地熱井的影響範圍、及其對環境的影響進行實時監測提供了思路。