制热工况下地埋管周围土壤的热湿迁移试验研究

基于实际工程建立了地源热泵空调系统运行过程的岩土体原位观测站,实现系统运行状况和换热过程中岩土体温度变化、水分迁移的实时监测,通过冬季工况运行试验,揭示地源热泵运行过程中土体的热湿迁移效应。研究结果表明:冬季工况下该地源热泵空调系统的机组性能系数COP为3.58,具有良好的制热效果;土壤温度场的变化受地埋管热交换和大气环境变化两个因素的影响,但二者的影响范围及程度有所区别;土壤温度场的变化幅度随着与地埋管距离的增加而递减,竖埋管热作用的影响半径约2.0 m左右,水平埋管热作用的影响半径约1.0 m左右;地埋管热交换对土壤湿度场的影响不显著,但大气降雨引起的地表水入渗和地下水位的变迁对土壤湿度场变化有明显影响。     

基于NMR技术的胶结钙质砂热特性机理分析

钙质砂含有丰富的内、外孔隙,且颗粒具有易破碎性,因此,钙质砂的微观孔隙结构变化是引起其热传导特性演变的本质原因。为了探究钙质砂微观孔隙结构对其热特性演变的影响机理,首先基于热针法探讨了5个不同水泥掺量(P_s=5.0%、7.5%、10.0%、12.5%、15.0%)胶结钙质砂在不同养护龄期(t=1d、3d、7d、14d、28d)的导热系数,分析了水泥掺量P_s和养护龄期t对胶结钙质砂热传导特性的影响规律;利用核磁共振(NMR)技术揭示了上述过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征,在此基础上阐释了各影响因素作用下胶结钙质砂热特性演化的微观机理。试验结果表明：(1)胶结钙质砂的导热系数λ随养护龄期t的增加先急剧增大而后缓慢减小,随水泥掺量P_s递增而增加,但增长幅度递减;(2)NMR试验曲线反映了胶结钙质砂内部孔隙大小和数量的变化,根据反演的孔径d可将曲线划分为微孔隙(＜66.24nm)、小孔隙(66.24nm~6.048×10^₃nm)和大孔隙(6.048×10^₃nm~1.92×10^₅nm)3个区域;其中,微孔隙的变化情况反映了胶结钙质砂中水泥水化过程,中、大孔隙的变化情况反映了钙质砂中孔隙被水化胶凝产物分割、填充过程;(3)胶结钙质砂内微观孔隙大小、数量的变化从本质上决定了其宏观导热系数的变化规律,可利用NMR曲线得到合理的微观机理解释。     

连续与间歇运行工况下地埋管换热器的换热特性研究

为了研究地埋管换热器在变负荷下连续运行与间歇运行的换热性能,基于有限长线热源渗流模型建立竖直地埋管钻孔外准三维非稳态传热模型,应用叠加原理计算钻孔群中钻孔壁温度场及地埋管内流体温度场。在存在地下水水平渗流的情况下,研究了变负荷连续运行模式下不同渗流速度、不同运行工况及不同钻孔位置对地埋管换热器的换热性能的影响。结果表明,在连续运行模式下,边缘位置的钻孔及较大的渗流速度能够增强地埋管换热器的换热性能;在间歇运行模式下,地埋管换热器的运行份额越小,其制冷效果越好,反之,制冷效果越差;在间歇运行工况下,土壤温度能在系统间歇期内得到一定程度的恢复,从而更好地提高地热能的利用率。     

水的形态对土体收缩性及贯入强度的影响

土中水是土体的重要组成部分,其与土颗粒的结合形态也是影响土体物理力学性质的重要因素。通过不同含水率下土体的收缩试验和袖珍贯入试验,研究了土中水的形态对土体收缩性及贯入强度的影响规律。结果表明：土中水的结合形态对土体收缩性及贯入强度有显著影响,最大吸着水含量是一个临界点。土体初始含水量高于临界值时,随含水量的增加,土体收缩变形急剧递增,贯入强度递减;土体初始含水量低于临界值时,随含水量的减少,土体收缩变形变化微小,贯入强度递减。     

不同温度环境下珊瑚钙质砂导热系数试验

基于热探针法测定了不同温度环境下珊瑚钙质砂的导热系数,探讨环境温度、试样含水率对珊瑚钙质砂导热系数的影响规律,提出了一个考虑不同温度环境作用的珊瑚钙质砂导热系数计算模型。结果表明：珊瑚钙质砂导热系数λ值随着环境温度T值的递增呈指数增加,λ最大提高倍数为3.46,温度对导热系数的影响主要取决于试样内水蒸气的潜热传输效应;珊瑚钙质砂导热系数随着试样含水率的增加而递增,二者呈现出良好的幂函数关系,主要原因在于珊瑚钙质砂内孔隙水变化和热对流方式的影响。对比分析表明,导热系数计算模型具有较高精度和较好适应性,相关系数R²=0.968 2。     

干湿循环对膨胀土变形指标的影响

对经历室内干湿循环后的膨胀土进行胀缩性试验,研究了胀缩变形指标的变化规律,结果表明：除缩限外,其余胀缩性指标随干湿循环次数的增加发生衰减,前1～3次循环时衰减速度较快,此后逐渐趋于一稳定值,循环次数与胀缩性指标可用指数关系拟合,缩限在干湿循环过程中不发生变化。     

广西红黏土热导率测试及理论预测模型研究EI北大核心CSCD

利用探针法对广西4种红黏土的热导率进行室内测定,获取红黏土热导率随其含水率变化的规律;结合复合介质理论,对常用的热导率计算模型进行模拟分析,尝试寻找一个合适的计算模型对广西红黏土热导率进行有效计算预测;在此基础上,结合矿物组成分析,探讨理论预测模型中红黏土固相热导率的计算取值问题。研究结果表明:(1)在相同的干密度情况下,广西4种红黏土的热导率均以各自临界含水率为界点随体积含水率增加而呈现出分段递增的趋势,各段增长速率不同。(2)采用有效介质理论模型(EMT模型)和并联模型可分段计算广西红黏土的热导率:含水率低于临界值时,采用EMT模型计算;含水率高于临界值时,采用并联模型计算。(3)采用差分有效介质理论对广西红黏土的固相热导率进行取值的方法,综合考虑了红黏土中矿物成分对土颗粒固相热导率的影响,计算结果更接近工程实际。     

土的颜色研究进展与展望

土的颜色是土的一种基本物理性质,在农业生产、气候分析和岩土工程中都具有重要意义。首先介绍了土的颜色表征方法、测定方法、影响土的颜色的因素等方面的研究成果,然后分析了土的颜色与物理力学性质关系方面研究的不足,最后建议从土的颜色信息获取方法、土的颜色与影响因素间的定量化分析、土的物理力学性质与颜色的关系等方面进行更深入的研究。     

干湿交替环境下膨胀土变形试验研究

干湿交替环境下,膨胀土具有反复湿胀干缩变形的特性,容易引起工程建筑物的变形破坏。以南宁地区的击实膨胀土为研究对象,通过室内试验揭示膨胀土在干湿交替环境中的变形规律,探讨了体积变形参数、初始切线模量与循环次数的关系,并对试样绝对残余体变率与初始切线模量的关系进行了分析。研究结果表明:试样的绝对残余体变率随干湿循环次数的增加而递增,但相对残余体变率却逐渐减小,体积变形量稳定时所需循环次数均随含水率变化幅度的增加而递减。     

土壤热导率的影响因素实验研究

采用热针法测定室内不同条件下红粘土、粉土和细砂的热导率,着重分析含水率、干密度和土壤质地对土壤热导率的影响规律及机理。研究结果表明:1)相同干密度情况下,粉土和细砂两者的热导率均随含水率的增加而单调线性递增,红粘土的热导率则随含水率的增加而呈现出分段递增的趋势;2)含水率对热导率的影响主要归结为土样中液相(水)热导率、结合水膜("液桥"效应)2个主要因素,而"液桥"效应对红粘土的热导率影响显著;3)相同含水率情况下,3种土样的热导率均随干密度的增加而递增,具有较好的线性关系;4)土壤质地(细颗粒和石英含量)对土样热导率具有显著影响。