北京平原区粉质粘土热导率影响因素实验研究

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1、第40卷第3期中国地质Vo1．40．NO．32013年6月GEoL0GYINCHINAJun．，2013北京平原区粉质粘土热导率影响因素实验研究栾英波郑桂森卫万顺(1．北京市地质矿产勘查开发局，北京100195；2．中国地质调查局浅层地温能研究与推广中心，北京100195)提要：岩土体热导率是热物理性质重要参数之一，不仅仅决定着浅层地温场的展布形态．而且也是整个热泵功率计算的核心，是影响地源热泵工程投资和运行能耗的关键因素。本文通过一系列实验。对粉质粘土的热导率与含水量、密度、孔隙比进行研究和统计．从实验研

2、究结果来看，粉质粘土热导率随着含水量的增大而增大．可以用对数关系和乘幂关系进行拟合，相关系数较好。由于样品物质成分和微观结构差异影响着传热方式组合，难以用统一的拟合方程表示同一地区热导率与含水量等因素变化规律。在含水率不变的情况下随着孔隙比的增大而热导率逐渐减小．随密度的增加而热导率增大的规律趋势明显。粉质粘土热导率随含水量的变化可分为3个阶段，含水量在O一5％，热导率随之增加急剧，含水量5％20％时，热导率随之增加较快．含水量大于20％时，热导率随之增加缓慢并趋于稳定。关键词：热导率；粉质粘土；统计分析；

3、北京地区中图分类号：TK521文献标志码：A文章编号：1000—3657(2013)03—0981—08阳辐射共同作用的产物为地表以下0~200rn深度1前言内温度与距离地表1．5m处不被阳光直接照射情况能源、环境和可持续发展备受世界各国关注．随下(百叶箱)的温度之间存在常年温差而形成的能着经济社会的发展和相关技术的进步．作为清洁可再量．是两个状态不同的温度场之间存在的势能．人们生资源的浅层地温能逐渐得到人们接受、认可，并快借助热泵技术实现了在两个温度场之间建立恒定温速发展。世界地热能利用中，浅层地温能利用

4、能量以度场的目的p。为提高热泵使用效率、降低投资成每年超过20％的速度增长哪．中国应用浅层地温能供本，众多学者对岩土体热导率与含水量、孔隙率关暖制冷的建筑物面积近8000x104m2．对改善能源结系、浅层地温能适宜区划、钻孔成孔及回填等问题进构、节约资源和保护大气环境将起到重要的作用囝岩行了广泛研究取得了丰富的科研成果I5-16]在北京平土体是浅层地温能储藏、传递、散失的物质基础，表原区浅层地温能资源地质勘查项目和北京市优秀人示岩土体导热能力大小的热导率是岩土体热物理性才培养基金资助下．通过室内试验。统计分

5、析了热导质重要参数之一．不仅仅决定着浅层地温场的展布率与含水量、密度、孔隙比等影响因素之间的关系，形态．而且也是整个热泵功率计算的核心．是影响地在对测试数据统计的基础上提出了含水量、孑L隙比源热泵工程投资和运行能耗的关键因素．以适当的与热导率关系的经验计算公式参数计算能够取得最大的经济效益和社会效益【引．2北京平原区第四纪地质概况因此有必要对岩土体的热物理性质进行研究．以达到节能、高效、安全的目的。北京平原由永定河、潮白河等河流的冲洪积物浅层地温能作为一种积蓄在地下(0~200m)的堆积塑造而成，第四纪沉积

6、物分布广泛，厚度变化很无形自然资源．是地球深部的热传导和热对流与太大，从山前到平原由几十米到数百米，在沉积凹陷中收稿日期：2012—07—23：改回日期：2013-03-28基金项目：北京市优秀人才培养资助计划(2O1ODo02O11OOooO)和北京平原区浅层地温能资源地质勘查项目(pxm2006—000一O43289)资助。作者简介：栾英波，男，1973年生，高级工程师，主要从事基础地质、城市地质、浅层地温资源研究；E—mail：lybdkch@126．com。第4O卷第3期栾英波等：北京平原区粉质粘土

7、热导率影响因素实验研究3样品采集与测试4测试数据的数理统计分析3．1样品的采集与测试测试数据见表1第四纪松散堆积物中能量传递0本次工作共采集粉质粘土样品8件．样品的采的机理要比固相岩石复杂的多。其中颗粒的大小、形集、保管运输严格按照(《岩土工程勘察规范》状、排列方式、孔隙度、含水性质、含水率、物质成分、0(GB50021—2001)n91进行．浙江地质调查研究院土工密实度、结构等都是影响因素[3,7-12,21。将表1中样2实验室按照(《土工试验方法标准}GB／T50123—品热导率与含水率的关系进行线性、

8、对数、指数和乘O1999)[2]在测试了天然含水率、天然密度、比重、孔隙幂拟合．通过拟合．得到了粉质粘土热导率与含水率比等指标的基础上进行了热导率测试在完成天然关系拟合曲线及拟合参数．由于得出的8个试验样∞样％含水率热导率测试后．将土样放置在恒温105~C的品的拟合曲线类似．文中列出bj一1、bj一4两个样品40烘箱内使其蒸发水分以此改变含水量。每隔20的各种拟合曲线(图3～4)。由图3、图4和表2可知，50mi