一种基于脱湿技术的多孔岩土体热物性参数测试系统的制作方法

本发明涉及多孔岩土体的脱湿技术，尤其涉及一种基于脱湿技术的多孔岩土体热物性参数测试系统。

背景技术：

现如今，多孔岩土体的脱湿技术已经越来越得到广泛的应用，尤其在岩土体的相关科学研究领域中，为各项试验提供了良好的基础保障。准确可靠的脱湿技术能够确保最终的结果的精确度并且使得试验过程的便捷性。研究表明，多孔岩土体含水率的连续性变化将会直接影响到岩土体的某些力学物理性质，已经成为岩土体性质研究中不可忽略的重要因素，例如岩土体含水率在不断地变小的过程中其抗剪强度也会呈现规律性的变化。但，传统的测量含水率的方式主要是采用烘干法获取相关参数，操作麻烦并且不是针对同一样品，误差较大，可信度并不是特别高。

热物性作为岩土体一项重要的热物理性质，是盆地沉积层、岩石圈热结构和沉积盆地热历史恢复和盆地热模拟方面的研究中必不可少的基本数据，它对盆地油气生成、资源评价具有重要作用。在地源热泵系统的安装中，岩土体的热物性是设计和使用中所考虑的重要参数，如果没有准确的热物性参数，就直接导致热泵系统涉及过大导致资源的浪费，成本大大提高，拟设计过小导致运行机组的不稳定，影响其使用寿命。与此同时在地铁、隧道、核反应堆填埋等重大地质工程中都根据热物性参数来评估周围岩土体与地质工程体之间热交换效率。因此进行岩土体的热物性研究具有重要的意义。

另外，关于含水率和热物性参数的测定主要是采用静态的测量，无法将动态的测定不同含水率情况下热物性参数。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种将脱湿技术与岩土体热物性参数测试有机的结合在一起，动态测量可控含水率多孔岩土体的热物性参数，进而研究含水率与热物性参数之间的关系，且含水率测量准确度高的基于脱湿技术的多孔岩土体热物性参数测试系统。

本发明的实施例提供一种基于脱湿技术的多孔岩土体热物性参数测试系统，包括一样品室、脱湿装置、含水率测试仪和热参数测试仪，所述样品室内密封岩土体样品，含水率测试仪和热参数测试仪沿水平方向插入岩土体样品内，且含水率测试仪和热参数测试仪均指向岩土体样品的轴心，所述含水率测试仪测试岩土体样品的含水率，所述热参数测试仪测试岩土体样品的热物性参数，所述样品室的上端连通脱湿装置，所述脱湿装置向所述样品室内通入干燥气体并施加压力，所述岩土体样品内的水分在压力和干燥气体的双重作用下逐渐排出，所述岩土体样品的含水率和热物性参数逐渐改变，所述含水率测试仪和热参数测试仪持续测试岩土体样品的含水率和热物性参数进而得到岩土体样品的含水率和热物性参数之间的关系。

进一步，所述脱湿装置包括空气压缩机和干燥管，所述干燥管连通样品室和空气压缩机，所述空气压缩机产生的气体经干燥管干燥得到干燥气体，所述干燥气体进入样品室内，并在样品室内通过压力和干燥气体的双重作用使岩土体样品内的水分逐渐排出。

进一步，所述空气压缩机和干燥管间设有一压力表，所述压力表和干燥管间设有一阀门，所述压力表实时显示样品室内的压力大小，根据压力大小调节所述阀门控制样品室内的脱湿进程及强度。

进一步，所述空气压缩机、干燥管和样品室之间均通过导管连通。

进一步，所述样品室的下端连通一脱湿测量装置，所述岩土体样品排出的水分进入脱湿测量装置，并通过所述脱湿测量装置测得所述岩土体样品排出的水分量进而得到岩土体样品的含水率，验证所述含水率测试仪的测试结果。

进一步，所述脱湿测量装置包括电子天平和锥形瓶，所述锥形瓶放置在电子天平的上方，所述岩土体样品排出的水分进入锥形瓶，通过所述电子天平称量得到岩土体样品排出的水分量。

进一步，所述含水率测试仪连接含水率测试控制面板，所述热参数测试仪连接热参数测试控制面板，所述含水率测试控制面板和热参数测试控制面板均连接计算机，所述含水率测试仪和热参数测试仪将测量数据分别传输给含水率测试控制面板和热参数测试控制面板，再通过含水率测试控制面板和热参数测试控制面板传输给计算机，所述计算机对测量数据进行分析和处理。

进一步，所述样品室包括底座、圆柱形室壁、上盖、螺杆、密封圈、t型密封螺丝和透水石，所述圆柱形室壁设在底座和上盖之间，所述圆柱形室壁和底座、上盖的接触处通过密封圈密封，所述圆柱形室壁的外侧设有螺杆，所述螺杆将底座和上盖固定，所述圆柱形室壁的内部下方设有透水石，所述透水石的上方放置岩土体样品，所述圆柱形室壁的中部两侧沿水平方向对称设有t型密封螺丝，所述含水率测试仪和热参数测试仪通过所述t型密封螺丝插入岩土体样品内，所述上盖和底座的中间均插入一导管，所述上盖内插入的导管连通圆柱形室壁和脱湿装置，所述底座内插入的导管连通圆柱形室壁和脱湿测量装置。

进一步，所述t型密封螺丝包括t型空心螺钉和橡胶管，所述t型空心螺钉和橡胶管的形状和尺寸均相适配，所述橡胶管设在t型空心螺钉的内部，所述t型空心螺钉和橡胶管通过结构胶连接空隙，所述t型空心螺钉固定在圆柱形室壁上，所述含水率测试仪和热参数测试仪通过橡胶管插入岩土体样品内，所述橡胶管的内部尺寸与含水率测试仪和热参数测试仪的插入部分的尺寸相适配。

进一步，所述螺杆通过旋紧螺帽将底座和上盖固定，所述上盖内插入的导管的内侧和外侧均通过密封螺丝固定，所述底座设有一快插口，所述底座内插入的导管通过快插口插入。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、为多孔岩土体的脱湿技术提供了一种新的方法，采用压力差与干燥气体吸湿技术实现多孔岩土体的完全脱湿；

2、沿水平方向测试多孔岩土样品的中间一截面，实现了多孔岩土介质在脱水过程中所测多孔岩土介质的含水量是均匀的，为实验提供了准确依据；

3、能够定量化研究土样含水率与热物性参数的关系，克服原有的只能静态测量岩土体的含水率与热物性，将动态脱湿技术合理的运用到测量热物性参数之中，拓展了热物性测量的技术领域；

4、操作方便，测试精准，测试系统操作简单易行，通过仪器测量的含水率与热物性参数准确，可以为今后的相关地质工程体研究提供更可靠的实验数据。

附图说明

图1是本发明一种基于脱湿技术的多孔岩土体热物性参数测试系统的一示意图。

图2是图1中样品室的一示意图。

图3是图2中t型密封螺丝的一剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于脱湿技术的多孔岩土体热物性参数测试系统，包括一样品室1、脱湿装置2、含水率测试仪41和热参数测试仪51，样品室1的上端连通一脱湿装置2，样品室1的下端连通一脱湿测量装置3，样品室1内密封岩土体样品11，含水率测试仪41和热参数测试仪51沿水平方向插入岩土体样品11内，且含水率测试仪41和热参数测试仪51均指向岩土体样品11的轴心，含水率测试仪41测试岩土体样品的含水率，热参数测试仪51测试岩土体样品的热物性参数，脱湿装置2向样品室1内通入干燥气体并施加压力，让岩土体样品11内的水分在压力和干燥气体的双重作用下逐渐排出，岩土体样品11排出的水分进入脱湿测量装置3，岩土体样品11的含水率和热物性参数逐渐改变，含水率测试仪41和热参数测试仪51持续测试岩土体样品11的含水率和热物性参数进而得到岩土体样品11的含水率和热物性参数之间的关系，通过脱湿测量装置3测得岩土体样品11排出的水分量进而得到岩土体样品11的含水率，验证含水率测试仪4的测试结果。

请参考图2，样品室1包括底座12、圆柱形室壁13、上盖14、螺杆15、密封圈16、t型密封螺丝17和透水石18，圆柱形室壁13设在底座12和上盖14之间，圆柱形室壁13和底座12、上盖14的接触处通过密封圈16密封，圆柱形室壁13的外侧设有螺杆15，螺杆15将底座12和上盖14固定，在一实施例中，螺杆15通过旋紧螺帽19将底座12和上盖14固定，圆柱形室壁13的内部下方设有透水石18，透水石18的上方放置岩土体样品11，圆柱形室壁13的中部两侧沿水平方向对称设有t型密封螺丝17，含水率测试仪4和热参数测试仪5通过t型密封螺丝17插入岩土体样品11内，上盖14和底座12的中间均插入一导管101，在一实施例中，上盖14内插入的导管101的内侧和外侧均通过密封螺丝102固定，底座12设有一快插口121，底座12内插入的导管101通过快插口121沿水平方向插入，上盖14内插入的导管101连通圆柱形室壁13和脱湿装置2，底座12内插入的导管101连通圆柱形室壁13和脱湿测量装置3。

请参考图3，在一实施例中，t型密封螺丝17包括t型空心螺钉171和橡胶管172，t型空心螺钉171和橡胶管172的形状和尺寸均相适配，橡胶管172设在t型空心螺钉171的内部，t型空心螺钉171和橡胶管172通过结构胶连接空隙，t型空心螺钉171固定在圆柱形室壁172上，含水率测试仪41和热参数测试仪51通过橡胶管172插入岩土体样品11内，橡胶管172的内部尺寸与含水率测试仪41和热参数测试仪51的插入部分的尺寸相适配。

请参阅图1，脱湿装置2包括空气压缩机21和干燥管22，干燥管22连通样品室1和空气压缩机21，在一实施例中，空气压缩机21、干燥管22和样品室1之间均通过导管101连通，空气压缩机21和干燥管22间设有一压力表23，压力表23和干燥管22间设有一阀门24，压力表23实时显示样品室1内的压力大小，根据压力大小调节阀门24控制样品1室内的脱湿进程及强度，空气压缩机21产生的气体经干燥管22干燥后进入样品室1内，并在样品室1内通过气体压力和干燥气体使岩土体样品11内的水分逐渐排出。

脱湿测量装置3包括电子天平31和锥形瓶32，锥形瓶32放置在电子天平31的上方，岩土体样品11排出的水分进入锥形瓶32，通过电子天平31称量得到岩土体样品11排出的水分量。

含水率测试仪41连接含水率测试控制面板42，热参数测试仪51连接热参数测试控制面板52，含水率测试控制面板42和热参数测试控制面板52均连接计算机6，含水率测试仪41和热参数测试仪51将测量数据分别传输给含水率测试控制面板42和热参数测试控制面板52，再通过含水率测试控制面板42和热参数测试控制面板52传输给计算机6，计算机6对测量数据进行分析和处理。

工作过程：将样品室1通过导管101连接脱湿装置2和脱湿测量装置3，并密封好，关闭阀门24；将岩土体样品11放入样品室1中，同时，将含水率测试仪41和热参数测试仪51通过t型密封螺丝17插入岩土体样品11中，并让含水率测试仪41和热参数测试仪51位于同一水平面，并密封好；调试电子天平31，打开空气压缩机21、阀门24、含水率测试控制面板42和热参数测试控制面板52，以空气压缩机21作为动力源，产生高速流动的空气，空气经干燥管22吸湿空气中的水分子而变为干燥气体，而后进入样品室1，样品室1中的岩土体样品11处于饱和状态时，岩土体样品11内部的孔隙完全被水分子填充，干燥气体进入样品室1后，在岩土体样品11的上下表面产生一定的压强差，迫使储存于岩土体样品11孔隙内的自由水排入脱湿测量装置3中；当岩土体处于非饱和状态时，干燥气体携带走附着于固体颗粒表面的结合水至脱湿测量装置3中，在脱湿测量装置3中通过电子天平31测得排出的水分量，同时，通过含水率测试仪41和热参数测试仪51分别测试不同含水率情况下的热物性参数，并传输给含水率测试控制面板42和热参数测试控制面板52，含水率测试控制面板42和热参数测试控制面板52再将数据传输给计算机6，计算机6通过数据分析即可得到不同含水率情况下的热物性参数的变化。

本发明为多孔岩土体的脱湿技术提供了一种新的方法，采用压力差与干燥气体吸湿技术实现多孔岩土体的完全脱湿；沿水平方向测试多孔岩土样品的中间一截面，实现了多孔岩土介质在脱水过程中所测多孔岩土介质的含水量是均匀的，为实验提供了准确依据；能够定量化研究土样含水率与热物性参数的关系，克服原有的只能静态测量岩土体的含水率与热物性，将动态脱湿技术合理的运用到测量热物性参数之中，拓展了热物性测量的技术领域；操作方便，测试精准，测试系统操作简单易行，通过仪器测量的含水率与热物性参数准确，可以为今后的相关地质工程体研究提供更可靠的实验数据。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。