2024巖土體和混凝土材料熱物性測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)

MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\h巖土體和混凝土材料熱物性測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)

目次1總則 總則TC"1GeneralProvisions"\l11.0.1為規(guī)范土體、巖石和混凝土材料熱物性測(cè)試和土體熱致力學(xué)特性測(cè)試，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、確保質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)合理，制定本標(biāo)準(zhǔn)。1.0.2本標(biāo)準(zhǔn)適用于土體、巖石和混凝土材料室內(nèi)/現(xiàn)場(chǎng)熱物性測(cè)試，土體熱致力學(xué)特性的試樣制備方法、測(cè)試系統(tǒng)搭建、測(cè)試操作要求以及數(shù)據(jù)分析。1.0.3土體、巖石和混凝土材料的熱物性測(cè)試和土體熱致力學(xué)特性測(cè)試除應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外，尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)行中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2術(shù)語(yǔ)和符號(hào)TC"2TermsandSymbols"\l1下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。2.1術(shù)語(yǔ)TC"2.1Terms"\l22.1.1導(dǎo)熱系數(shù)thermalconductivity在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的均質(zhì)材料，兩側(cè)表面的溫差為1oC，在1秒內(nèi)，通過(guò)1m2面積傳遞的熱量，單位為W/(m·K)，此處的K可用oC代替。2.1.2綜合導(dǎo)熱系數(shù)comprehensivethermalconductivity對(duì)多孔、多層、多結(jié)構(gòu)、各向異性材料的導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)際是一種綜合導(dǎo)熱性能的表現(xiàn)，被稱為綜合導(dǎo)熱系數(shù)（也稱為綜合熱導(dǎo)率系數(shù)），單位為W/(m·K)。2.1.3能源地下結(jié)構(gòu)energygeostructure通過(guò)在各種永久或臨時(shí)地下結(jié)構(gòu)中預(yù)埋換熱管，使其充當(dāng)?shù)叵聯(lián)Q熱器的功能，以提取淺層地?zé)崮艿牡叵陆Y(jié)構(gòu)。2.1.4地層初始平均溫度initialaveragetemperatureoftherock-soil從自然地表以下10~20m至豎直地埋管換熱器埋設(shè)深度范圍內(nèi)，地層常年恒定的平均溫度。2.1.5測(cè)試孔explorationandverticaltestingexchanger按照測(cè)試要求和擬采用的成孔方案，將用于巖土熱物性測(cè)試勘察和測(cè)試的豎直地埋管換熱器稱為測(cè)試孔。

2.2符號(hào)TC"2.2Symbols"\l2A試樣中熱流量通過(guò)的正面面積（m2）H鉆孔埋深深度（m2）k進(jìn)出傳熱液平均溫度與時(shí)間對(duì)數(shù)關(guān)系的線性擬合直線的斜率q系統(tǒng)的實(shí)際加熱功率（W）Q通過(guò)試樣的熱流量（W）沿著熱流量方向的兩個(gè)面之間的溫度差（oC）沿著熱流量方向的兩個(gè)面之間的距離（m）λ導(dǎo)熱系數(shù)（W/(m·K)）綜合導(dǎo)熱系數(shù)（W/(m·K)）3基本規(guī)定TC"3BasicRegulations"\l13.0.1本標(biāo)準(zhǔn)適用于土體、巖石和混凝土材料的熱物性測(cè)試和土體熱致力學(xué)特性測(cè)試。3.0.2在進(jìn)行室內(nèi)土體、巖石和混凝土材料的熱物性測(cè)試和土體熱致力學(xué)特性測(cè)試前，應(yīng)明確所測(cè)樣品的環(huán)境溫度、物理特性和壓力特性。3.0.3在進(jìn)行室內(nèi)土體、巖石和混凝土材料的熱物性測(cè)試和土體熱致力學(xué)特性測(cè)試時(shí)，應(yīng)保持室內(nèi)環(huán)境應(yīng)無(wú)明顯對(duì)流、傳導(dǎo)、輻射等傳熱現(xiàn)象。3.0.4在設(shè)計(jì)室外土體、巖石和混凝土材料的熱物性測(cè)試時(shí)，應(yīng)具備完整的能源地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工資料，并根據(jù)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行傳感器布置設(shè)計(jì)。3.0.5在進(jìn)行室外土體、巖石和混凝土材料的熱物性測(cè)試時(shí)，應(yīng)根據(jù)能源地下結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)施工情況安排測(cè)試時(shí)間，宜做到不影響結(jié)構(gòu)正常施工進(jìn)度。4土體、巖石和混凝土材料熱物性測(cè)試TC"4ThermalPropertiesTestingofRock,SoilandConcreteMaterials"\l14.1一般規(guī)定TC"4.1Generalprovisions"\l24.1.1測(cè)試前要確定所測(cè)試樣的密度、含水率以及粒徑分布等本身固有特性以及試樣所處環(huán)境的溫度和壓力。4.1.2土體試樣制備要符合《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123的有關(guān)規(guī)定。4.1.3混凝土試樣制備參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081。4.1.4測(cè)試前需要對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行校準(zhǔn)，測(cè)量已知材料的導(dǎo)熱系數(shù)誤差不超過(guò)5%方可進(jìn)行試驗(yàn)。4.1.5對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)土體和巖石熱物性測(cè)試，本標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的是能源地下結(jié)構(gòu)或者地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，熱量從傳熱液傳輸?shù)街車馏w的綜合導(dǎo)熱系數(shù)。4.1.6本標(biāo)準(zhǔn)所測(cè)現(xiàn)場(chǎng)綜合導(dǎo)熱系數(shù)受到多種因素的影響，包括建筑材料、傳熱管材料、傳熱管的管形、傳熱管直徑、傳熱液以及傳熱液體流速等。4.2測(cè)試方法TC"4.2Testingmethods"\l24.2.1導(dǎo)熱系數(shù)定義為當(dāng)物體內(nèi)部存在一定的溫度梯度及溫差時(shí)單位面積區(qū)域內(nèi)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)熱傳遞的能量大小與法向溫度梯度的比值，表示為： (4-1)式中：——導(dǎo)熱系數(shù)（W/(m·K)）；Q——通過(guò)試樣的熱流量（W）；A——試樣中熱流量通過(guò)的正面面積（m2）；——沿著熱流量方向的兩個(gè)面之間的溫度差（oC）；——沿著熱流量方向的兩個(gè)面之間的距離（m）。4.2.2土體、巖石和混凝土材料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試方法，主要分為兩類：穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法。4.2.3瞬態(tài)法測(cè)試原理是在無(wú)限大介質(zhì)中，當(dāng)其處于初始熱平衡狀態(tài)下受到瞬間加熱脈沖，測(cè)量介質(zhì)因此而產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)變化。瞬態(tài)法的測(cè)量時(shí)間較短，能夠快速獲取所測(cè)介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)。4.2.4測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的瞬態(tài)法，具體包括熱線法（包括熱絲和熱探針）、熱帶法、平面熱源法、激光閃射法、光學(xué)掃描法以及差示掃描量熱法等。4.2.5穩(wěn)態(tài)法的測(cè)試原理是通過(guò)控制待測(cè)試樣的溫度分布，當(dāng)試樣上的溫度分布穩(wěn)定后，測(cè)量試樣內(nèi)的溫度分布和熱流分布，通過(guò)公式計(jì)算得到試樣的導(dǎo)熱系數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)穩(wěn)態(tài)法的具體測(cè)量方法，包括縱向熱流法、徑向熱流法、熱保護(hù)板法以及分棒法等。4.2.6土體、巖石和混凝土材料室內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x器可以使用KD2Pro、HotDisk等成品儀器或者經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)測(cè)量的自制設(shè)備。4.2.7測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)綜合導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法——恒熱通量法。通過(guò)提供恒定的加熱功率，記錄進(jìn)水口和出水口傳熱液的溫度隨時(shí)間的變化，進(jìn)水口和出水口的傳熱液溫度逐漸升高，逐步達(dá)到換熱平衡，利用傳熱液進(jìn)水口和出水口平均溫度隨對(duì)數(shù)時(shí)間的變化曲線，根據(jù)式（4-2）計(jì)算綜合導(dǎo)熱系數(shù)。 (4-2)式中：——綜合導(dǎo)熱系數(shù)（W/(m·K)）；q——系統(tǒng)的實(shí)際加熱功率（W）；k——進(jìn)水口和出水口傳熱液平均溫度與時(shí)間對(duì)數(shù)關(guān)系的線性擬合直線的斜率；H——鉆孔埋深深度（m2）。4.2.8測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)土體、巖石和混凝土材料的綜合導(dǎo)熱系數(shù)需要結(jié)合能源地下結(jié)構(gòu)或地源熱泵的傳熱液循環(huán)工作系統(tǒng)，能源地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可參照《樁基地?zé)崮芾眉夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GJ/T438、《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50366和《能量樁橋面除冰融雪系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》T/CECS1316等標(biāo)準(zhǔn)。4.2.9現(xiàn)場(chǎng)綜合導(dǎo)熱系數(shù)儀器要求1所用恒定加熱功率的加熱器應(yīng)滿足長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的要求，穩(wěn)定工作時(shí)長(zhǎng)超過(guò)500小時(shí)；2進(jìn)水口和出水口處應(yīng)安裝溫度計(jì)，溫度計(jì)測(cè)量精度不低于0.1oC，能夠?qū)崟r(shí)反饋進(jìn)水口和出水口溫度的變化；3所用循環(huán)水泵應(yīng)可設(shè)置循環(huán)流量，最高揚(yáng)程必須高于該能源地下結(jié)構(gòu)或地源熱泵系統(tǒng)的高度；4進(jìn)水口宜安裝流量計(jì)，用于測(cè)量相應(yīng)的流速，具體要求如下：1）流量計(jì)公稱通徑應(yīng)等于換熱管直徑；2）流量計(jì)量程宜根據(jù)換熱水管數(shù)量確定，單根流量宜為0.1~3m3/h；3）流量計(jì)公稱壓力應(yīng)滿足循環(huán)管路壓力要求。4.3試樣制備TC"4.3SamplePreparation"\l24.3.1顆粒粒徑小于60mm的原狀土樣和擾動(dòng)土樣制樣參照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123，試樣尺寸應(yīng)根據(jù)所選用導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x器測(cè)量要求確定，并定制相關(guān)尺寸環(huán)刀、擊樣器、壓樣器以及盛樣器等。4.3.2混凝土和巖石材料需要預(yù)制成導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x器所規(guī)定尺寸，并按照要求將表面打磨平整。4.3.3土體、巖石和混凝土材料的制備和狀態(tài)調(diào)節(jié)應(yīng)同時(shí)按相應(yīng)的測(cè)量?jī)x器標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。當(dāng)沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)可參考規(guī)范《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定防護(hù)熱板法》GB/T10294和《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定熱流計(jì)法》GB/T10295。4.3.4綜合導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)搭建1綜合導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，包括溫度計(jì)、流量計(jì)、水箱、加熱設(shè)備、循環(huán)水泵以及外部保溫水管（圖4.3.1）。圖4.3.1綜合導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)2試驗(yàn)過(guò)程中，循環(huán)水泵可實(shí)現(xiàn)能源地下結(jié)構(gòu)或者地源熱泵系統(tǒng)管內(nèi)與水箱內(nèi)的換熱液體的循環(huán)，三者通過(guò)外套有保溫材料的PE管連通，減少循環(huán)液的熱量損失。3PE管與能源地下結(jié)構(gòu)或地源熱泵連接處安裝有溫度傳感器和流量計(jì)，用于測(cè)量進(jìn)水口和出水口處的實(shí)際溫度和流量。4測(cè)試系統(tǒng)中所需儀器在測(cè)量前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格校準(zhǔn)。5測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量綜合導(dǎo)熱系數(shù)所需時(shí)間較長(zhǎng)，可連接自動(dòng)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行試驗(yàn)。4.4熱學(xué)特性測(cè)定TC"4.4Determinationofthermalproperties"\l24.4.1探針?lè)ǎ涸谠嚇拥闹行奈恢貌迦胩结槪缤馏w試樣硬度過(guò)高或者為巖石、混凝土試樣，需預(yù)先在試樣表面打孔，測(cè)量時(shí)在孔內(nèi)放入導(dǎo)熱凝膠，并在探針周圍涂抹導(dǎo)熱凝膠。4.4.2平板法：測(cè)試前需要將混凝土或巖石試樣表面打磨平整，確保試件和工作表面之間獲得緊密的接觸?；炷猎嚰砻鎽?yīng)與它接觸的工作表面一樣平整。4.4.3測(cè)量過(guò)程中需要保持試樣周圍沒(méi)有空氣對(duì)流情況出現(xiàn)，禁止人員走動(dòng)，以減小測(cè)量誤差。4.5現(xiàn)場(chǎng)綜合導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定TC"4.5Determinationofcomprehensivethermalconductivity"\l24.5.1通過(guò)外套保溫水管將能源地下結(jié)構(gòu)或者地源熱泵系統(tǒng)的進(jìn)出水管與溫度計(jì)、流量計(jì)、水箱、加熱設(shè)備、循環(huán)水泵相連通。4.5.2恒定加熱功率的選擇根據(jù)能源地下結(jié)構(gòu)或者地源熱泵系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)換熱功率決定，恒定換熱功率宜選用2~5kW。4.5.3傳熱液流速的選擇參照《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50366和《樁基地?zé)崮芾眉夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T438相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保換熱器內(nèi)流體始終保持紊流狀態(tài)。4.5.4設(shè)定恒定加熱功率和傳熱液流速，開啟循環(huán)水泵，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳熱液進(jìn)水口和出水口平均溫度隨時(shí)間的變化。數(shù)據(jù)記錄頻率應(yīng)根據(jù)溫度變化的速率決定，遵循溫度變化大，數(shù)據(jù)記錄頻率高，溫度變化慢，數(shù)據(jù)紀(jì)律頻率低。當(dāng)進(jìn)水口和出水口溫度變化低于1%時(shí)，認(rèn)為系統(tǒng)達(dá)到換熱平衡。4.5.5分別按結(jié)構(gòu)物放熱和取熱兩種工況進(jìn)行。4.6結(jié)果分析與評(píng)估TC"4.6ResultAnalysisandEvaluation"\l24.6.1土體、巖石和混凝土材料試樣的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量，應(yīng)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，至少重復(fù)3次，且重復(fù)誤差不超過(guò)2%。4.6.2試驗(yàn)過(guò)程宜按本標(biāo)準(zhǔn)附錄A的格式進(jìn)行記錄，確保數(shù)據(jù)記錄的完整性和準(zhǔn)確性。4.6.3應(yīng)分析導(dǎo)熱系數(shù)隨土體、巖石和混凝土材料的溫度、含水率以及相對(duì)密度的變化。4.6.4現(xiàn)場(chǎng)綜合導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)過(guò)程宜按本標(biāo)準(zhǔn)附錄B的格式進(jìn)行記錄，巖土熱物性測(cè)試報(bào)告宜按照本標(biāo)準(zhǔn)附錄C的格式進(jìn)行記錄，確保試驗(yàn)過(guò)程的完整性和可追溯性。4.6.5現(xiàn)場(chǎng)綜合導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)所得傳熱液進(jìn)水口和出水口平均溫度隨時(shí)間的坐標(biāo)軸為半對(duì)數(shù)坐標(biāo)，求得傳熱液進(jìn)水口和出水口平均溫度隨對(duì)數(shù)時(shí)間的變化曲線的斜率。5土體熱致力學(xué)特性測(cè)試TC"5TestingofThermomechanicalPropertiesofSoil"\l15.1一般規(guī)定TC"5.1Generalprovisions"\l25.1.1測(cè)試前要確定所測(cè)土體試樣的密度、含水率以及粒徑分布等固有特性以及試樣所處環(huán)境的溫度和壓力。5.1.2土體熱致力學(xué)特性測(cè)試所制備土體試樣要符合《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123的有關(guān)規(guī)定。5.1.3土體熱致力學(xué)特性測(cè)試，可采用傳統(tǒng)室內(nèi)土工試驗(yàn)儀器在溫控箱內(nèi)進(jìn)行或者在傳統(tǒng)室內(nèi)土工試驗(yàn)儀器的基礎(chǔ)上增加溫控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)室內(nèi)土工試驗(yàn)儀器設(shè)備要符合《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123的有關(guān)規(guī)定。5.2溫控直接剪切試驗(yàn)TC"5.2Temperaturecontrolleddirectsheartest"\l25.2.1本試驗(yàn)方法分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三種。5.2.2快剪試驗(yàn)和固結(jié)快剪試驗(yàn)的土樣宜為滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s的細(xì)粒土。5.2.3溫控直接剪切試驗(yàn)步驟與一般的直接剪切試驗(yàn)步驟類似，傳統(tǒng)的直接剪切操作步驟應(yīng)按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。主要區(qū)別在于引入了溫度控制的步驟，可以按照以下步驟進(jìn)行：1準(zhǔn)備試驗(yàn)樣品：獲取或準(zhǔn)備適當(dāng)尺寸和幾何形狀的試驗(yàn)樣品，確保符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。2準(zhǔn)備剪切裝置：使用直接剪切試驗(yàn)機(jī)或其他適當(dāng)?shù)难b置，確保設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)，并進(jìn)行必要的校準(zhǔn)和調(diào)整。3安裝樣品：將試驗(yàn)樣品安裝到剪切裝置中，確保樣品位于正確的位置，剪切平面是水平的。4連接溫控系統(tǒng)：將溫控系統(tǒng)到電源和試驗(yàn)設(shè)備，確保連接安全可靠，同時(shí)保留試驗(yàn)設(shè)備的機(jī)械性能。對(duì)試樣進(jìn)行升溫或者降溫的溫度變化速率宜為5℃/h，到每個(gè)目標(biāo)溫度后應(yīng)保持恒溫1h。5進(jìn)行試驗(yàn)：?jiǎn)?dòng)溫控系統(tǒng)，并同時(shí)進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)。確保在試驗(yàn)過(guò)程中溫度保持在所需范圍內(nèi)，并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括剪切應(yīng)力、剪切應(yīng)變等。6監(jiān)控溫度：在試驗(yàn)過(guò)程中持續(xù)監(jiān)控溫度，確保溫控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果有必要，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展調(diào)整溫度參數(shù)。5.2.4計(jì)算、制圖和記錄符合《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123的有關(guān)規(guī)定的同時(shí)，應(yīng)記錄試驗(yàn)時(shí)溫度。撰寫試驗(yàn)報(bào)告，詳細(xì)記錄溫控直接剪切試驗(yàn)的步驟、數(shù)據(jù)和結(jié)論。確保報(bào)告中包括足夠的信息，以便他人能夠理解和重復(fù)試驗(yàn)。5.3溫控壓縮固結(jié)試驗(yàn)TC"5.3Temperaturecontrolledcompressionconsolidationtest"\l25.3.1土樣應(yīng)為飽和的細(xì)粒土。當(dāng)只進(jìn)行壓縮試驗(yàn)時(shí)，可以用于非飽和土。5.3.2本試驗(yàn)有溫控系統(tǒng)裝置，其他設(shè)備符合《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123的有關(guān)規(guī)定。5.3.3操作步驟應(yīng)按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。5.3.4計(jì)算、制圖和記錄符合《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123的有關(guān)規(guī)定的同時(shí)，應(yīng)記錄試驗(yàn)時(shí)的溫度。5.4溫控三軸試驗(yàn)TC"5.4Temperaturecontrolledtriaxialtest"\l25.4.1土樣粒徑應(yīng)小于20mm，其他應(yīng)符合《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123的有關(guān)規(guī)定。5.4.2溫控三軸儀為本試驗(yàn)所用的主要儀器設(shè)備，應(yīng)符合下列規(guī)定：1應(yīng)變控制式三軸儀：由定制壓力室、軸向加壓設(shè)備、周圍壓力系統(tǒng)、反壓力系統(tǒng)、孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)、軸向變形和體積變化量測(cè)系統(tǒng)組成。2壓力室改造可設(shè)置雙層隔熱玻璃，外層玻璃為有機(jī)玻璃、內(nèi)層玻璃為鋼化玻璃，兩層玻璃之間填充空氣夾層。鋼化玻璃的熱膨脹系數(shù)應(yīng)足夠小，使得溫度變化引起的變形能夠滿足壓力室密封的要求，并具有良好的熱穩(wěn)定性。壓力室內(nèi)設(shè)置可連通外界的螺旋管道，控溫水箱通過(guò)連通壓力室內(nèi)螺旋管道實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)溫度的控制。3其他必要設(shè)備：擊樣器、飽和器、切土器、原狀土分樣器、切土盤、承膜筒、對(duì)開圓膜、天平以及橡皮膜。4周圍壓力的測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)不低于全量程的1%。根據(jù)試樣的強(qiáng)度大小，選擇不同量程的測(cè)力計(jì)，應(yīng)使最大軸向壓力的準(zhǔn)確度不低于1%。5孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的氣泡應(yīng)完全排除。系統(tǒng)內(nèi)的氣泡可用純水沖出或施加壓力使氣泡溶解于水，并從試樣底座溢出。整個(gè)系統(tǒng)的體積變化因數(shù)應(yīng)小于1.5×10-5cm3/kPa。6管路應(yīng)保持暢通，各連接處應(yīng)無(wú)漏水，壓力室活塞桿在軸套內(nèi)應(yīng)能滑動(dòng)。7橡皮膜在使用前應(yīng)仔細(xì)檢查其完整性，其方法是扎緊兩端，向膜內(nèi)充氣，在水中檢查，應(yīng)無(wú)氣泡溢出，方可使用。5.4.3主要分為不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)、固結(jié)不排水剪試驗(yàn)和固結(jié)排水剪試驗(yàn)，溫控過(guò)程應(yīng)設(shè)置于固結(jié)或者不固結(jié)過(guò)程中，對(duì)試樣進(jìn)行升溫或者降溫的溫度變化速率宜為5℃/h，到每個(gè)目標(biāo)溫度后應(yīng)保持恒溫1h。不排水過(guò)程中排水管應(yīng)保持關(guān)閉狀態(tài)，排水過(guò)程中排水管保持打開狀態(tài)。5.4.4在溫度變化過(guò)程中，巖土體試樣所得排水體積和位移應(yīng)減去相同工況下塑料空心圓柱的結(jié)果。5.4.5其他數(shù)據(jù)處理參照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123和《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081。5.5溫控滲透試驗(yàn)TC"5.5Temperaturecontrolledpenetrationtest"\l25.5.1溫控滲透試驗(yàn)主要分為常水頭滲透試驗(yàn)和變水頭滲透試驗(yàn)，常水頭滲透試驗(yàn)適用于粗粒土，變水頭滲透試驗(yàn)適用于細(xì)粒土。5.5.2試驗(yàn)用水宜采用實(shí)際存在于土中的天然水。如有困難，可用純水或經(jīng)過(guò)過(guò)濾的清水。5.5.3試驗(yàn)儀器采用傳統(tǒng)的滲透儀器，通過(guò)設(shè)置溫控設(shè)備以控制水的溫度，其他設(shè)備儀器參照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123。5.5.4常水頭滲透試驗(yàn)和變水頭滲透試驗(yàn)的記錄格式應(yīng)符合《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123的規(guī)定。附錄A：室內(nèi)土體、巖石和混凝土材料熱學(xué)特性測(cè)試記錄TC"AppendixAThermalcharacteristicrecords"\l1表A室內(nèi)土體、巖石和混凝土材料熱學(xué)特性測(cè)試記錄任務(wù)單號(hào)試驗(yàn)者試驗(yàn)日期校核者測(cè)試儀器試驗(yàn)單位試樣編號(hào)試樣說(shuō)明密度(g/cm3)含水率比重孔隙率導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量誤差附錄B：現(xiàn)場(chǎng)綜合導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)記錄TC"AppendixBFieldtestrecords"\l1表B現(xiàn)場(chǎng)綜合導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)記錄任務(wù)單號(hào)試驗(yàn)者試驗(yàn)日期校核者測(cè)試地點(diǎn)試驗(yàn)單位傳感器編號(hào)說(shuō)明時(shí)間進(jìn)水口溫度出水口溫度附錄C：巖土熱物性測(cè)試報(bào)告樣例TC"AppendixCTestprogressrecords"\l11項(xiàng)目概況1）項(xiàng)目所在區(qū)域2）測(cè)試孔選址原則2測(cè)試孔基本參數(shù)表C1測(cè)試孔基本參數(shù)表項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)鉆孔深度（m）鉆孔直徑（mm）地埋管換熱器形式埋管材質(zhì)地埋管內(nèi)徑（mm）地埋管外徑（mm）回填料組成回填料導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·K）3測(cè)試參數(shù)及數(shù)據(jù)處理1）巖土初始平均溫度（a）測(cè)試參數(shù)（b）數(shù)據(jù)處理2）巖土綜合導(dǎo)熱系數(shù)（a）測(cè)試參數(shù)（b）數(shù)據(jù)處理4測(cè)試孔測(cè)試結(jié)果匯總表C2測(cè)試孔測(cè)試結(jié)果匯總序號(hào)測(cè)試參數(shù)測(cè)試結(jié)果1巖土體初始平均溫度（℃）2巖土體綜合導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·K）3巖土體容積比熱容（J/m3·K）巖土體和混凝土材料熱物性測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)條文說(shuō)明TC"Addition:Explanationofprovisions"\l1

目次TOC\o"1-3"\h\u1總則 222術(shù)語(yǔ)和符號(hào) 233基本規(guī)定 244土體、巖石和混凝土材料熱物性測(cè)試 254.1一般規(guī)定 254.2測(cè)試方法 254.3試樣制備 254.4熱學(xué)特性測(cè)定 284.5現(xiàn)場(chǎng)綜合導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定 284.6結(jié)果分析與評(píng)估 295土體熱致力學(xué)特性測(cè)試 305.2溫控直接剪切試驗(yàn) 305.3溫控壓縮固結(jié)試驗(yàn) 305.4溫控三軸試驗(yàn) 315.5溫控滲透試驗(yàn) 411總則1.0.1為測(cè)定土體、巖石和混凝土材料熱物性，測(cè)試土體熱力學(xué)特性，統(tǒng)一試驗(yàn)方法，制定本標(biāo)準(zhǔn)。1.0.2本標(biāo)準(zhǔn)適用于能源地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建造過(guò)程中的基本熱學(xué)、熱力學(xué)特性試驗(yàn)。1.0.3室內(nèi)土體、巖石和混凝土材料試樣制備方法符合《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123和《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081；室外土體、巖石和混凝土材料的熱物性測(cè)試符合《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50366和《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50366。2術(shù)語(yǔ)和符號(hào)2.1.1本標(biāo)準(zhǔn)所測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)主要針對(duì)土體、巖石和混凝土材料。土體材料包括有機(jī)土和無(wú)機(jī)土，無(wú)機(jī)土包括巨粒土、含巨粒土、粗粒土和細(xì)粒土?；炷敛牧鲜侵赣赡z凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合材料，主要用于能源地下結(jié)構(gòu)。2.1.2本標(biāo)準(zhǔn)所測(cè)綜合導(dǎo)熱系數(shù)是指能源地下結(jié)構(gòu)和周圍土體一起的平均導(dǎo)熱系數(shù)或者其他混合結(jié)構(gòu)（多孔、多層、多結(jié)構(gòu)、各向異性）的平均導(dǎo)熱系數(shù)。2.1.3能源地下結(jié)構(gòu)是指利用淺層地?zé)崮艿母鞣N永久或臨時(shí)的地下結(jié)構(gòu)。能源地下結(jié)構(gòu)的形式，包括能源樁（能量樁）、能源隧道、能源地連墻、能源錨索（錨桿）、能源管廊等。3基本規(guī)定3.0.2室內(nèi)土體、巖石和混凝土材料的熱物性特性與材料本身的物理特性、所處的環(huán)境溫度、壓力以及材料所受到的壓力有關(guān)，這些因素的變化會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。因此，應(yīng)根據(jù)測(cè)量計(jì)劃和要求，嚴(yán)格控制土體、巖石和混凝土材料的基本物理特性、所處環(huán)境的溫度和壓力，以及材料所受到的壓力，并將這些信息詳細(xì)記錄。3.0.3在進(jìn)行室內(nèi)土體、巖石和混凝土材料熱物性測(cè)試時(shí)，如果樣品屬于半封閉狀態(tài)，應(yīng)嚴(yán)格控制樣品周圍的環(huán)境，避免熱對(duì)流、傳導(dǎo)、輻射等因素造成所測(cè)熱物性結(jié)果不準(zhǔn)確。3.0.4室外土體、巖石和混凝土材料的熱物性測(cè)試，主要是針對(duì)能源地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行。能源地下結(jié)構(gòu)指的是承擔(dān)荷載等工程作用的同時(shí)，能夠進(jìn)行淺層地?zé)崮艿慕粨Q，室外土體、巖石和混凝土材料的熱物性就是在這個(gè)交換過(guò)程中進(jìn)行的。應(yīng)測(cè)量結(jié)構(gòu)物熱量交換過(guò)程中結(jié)構(gòu)物的溫度和換熱功率。3.0.5室外土體、巖石和混凝土材料的熱物性測(cè)試，主要是服務(wù)能源地下結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)。因此，在設(shè)計(jì)測(cè)試時(shí)間和測(cè)試計(jì)劃時(shí)，應(yīng)充分考慮各種突發(fā)事情和意外，宜不耽擱能源地下結(jié)構(gòu)施工以及上部結(jié)構(gòu)物施工進(jìn)度。4土體、巖石和混凝土材料熱物性測(cè)試4.1一般規(guī)定4.1.1材料的導(dǎo)熱系數(shù)與材料的礦物成分、密度、含水率、溫度以及壓力相關(guān)，應(yīng)根據(jù)測(cè)量要求嚴(yán)格控制試樣的物理特性和所處環(huán)境條件。4.1.4測(cè)試前需要對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行校準(zhǔn)，測(cè)量已知材料的導(dǎo)熱系數(shù)誤差不超過(guò)5%方可進(jìn)行試驗(yàn)。4.2測(cè)試方法4.2.6推薦使用KD2Pro、HotDisk等較為成熟的成品儀器測(cè)量，也可使用自制設(shè)備，自制設(shè)備可參考規(guī)范《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定防護(hù)熱板法》GB/T10294和《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定熱流計(jì)法》GB/T10295。4.3試樣制備4.3.1土體試樣制備應(yīng)符合規(guī)范《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123：1本試驗(yàn)方法適用于顆粒粒徑小于60mm的原狀土和擾動(dòng)土。2需要準(zhǔn)備的儀器設(shè)備有：土工篩、天平、擊樣器、壓樣器、抽氣設(shè)備（真空表和真空缸）、切土刀、鋼絲鋸、碎土工具、烘箱、保濕缸、噴水設(shè)備以及定制換刀。3根據(jù)所使用的測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的儀器定制環(huán)刀、擊樣器以及壓樣器的尺寸。4原狀試樣制備步驟將土樣筒按標(biāo)明的上下方向放置，剝?nèi)ハ灧夂湍z帶，開啟土樣筒取出土樣。檢查土樣結(jié)構(gòu)，當(dāng)確定土樣已經(jīng)受到擾動(dòng)或取土質(zhì)量不符合規(guī)定時(shí)，則不應(yīng)制備試樣。根據(jù)試驗(yàn)要求用環(huán)刀切取試樣時(shí)，應(yīng)在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，刃口向下放在土樣上，將環(huán)刀垂直下壓，并用切土刀沿環(huán)刀外側(cè)切削土樣，邊壓邊削至土樣高出環(huán)刀，根據(jù)試樣的軟硬采用鋼絲鋸或切土刀整平環(huán)刀兩端土樣，擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀和土的總質(zhì)量。從余土中取代表性試樣測(cè)定含水率、顆粒分析等試驗(yàn)項(xiàng)目。切削試樣時(shí)，應(yīng)對(duì)土樣的層次、氣味、顏色、夾雜物、裂縫和均勻性進(jìn)行描述，對(duì)低塑性和高靈敏度的軟土，制樣時(shí)不得擾動(dòng)。5擾動(dòng)土試樣制備將土樣從土樣筒或包裝袋中取出，對(duì)土樣的顏色、氣味、夾雜物和土類及均勻程度進(jìn)行描述，并將土樣切成碎塊，拌合均勻，取代表性土樣測(cè)定含水率。對(duì)含有機(jī)質(zhì)的土樣應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目取足夠數(shù)量的土樣，置于通風(fēng)處晾干至可碾散為止。對(duì)砂土進(jìn)行制樣時(shí)，宜在105~110oC溫度下烘干，對(duì)有機(jī)質(zhì)含量超過(guò)5%的土、含石膏和硫酸鹽的土，應(yīng)在65~70oC溫度下烘干。將風(fēng)干或烘干的土樣放在橡皮板上用木碾碾碎，對(duì)不含砂和礫的土樣，可用碎土器碾散（碎土器不得將土粒破碎）。對(duì)分散后的粗粒土和細(xì)粒土，應(yīng)使用土工篩過(guò)篩。對(duì)含細(xì)粉土的礫質(zhì)土，應(yīng)先用水浸泡并充分?jǐn)嚢?，使粗?xì)顆粒分離后過(guò)篩。試樣的數(shù)量根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目而定，應(yīng)有備用試樣1~2個(gè)。將碾散的風(fēng)干土樣通過(guò)孔徑2mm或5mm的篩，取篩下足夠試驗(yàn)用的土樣，充分拌勻測(cè)定風(fēng)干含水率，裝入保濕缸或塑料袋內(nèi)備用。根據(jù)試驗(yàn)所需的土量與含水率，制備試樣所需的加水量應(yīng)按式（4.3.1-1）計(jì)算： (4.3.1-1)式中：mw——制備試樣所需要的加水量（g）；m0——濕土（或風(fēng)干土）質(zhì)量（g）；ω0——濕土（或風(fēng)干土）含水率（%）；ω1——制樣要求的含水率（%）。稱取過(guò)篩的風(fēng)干土樣平鋪于搪瓷盤內(nèi)，將水均勻噴灑于土樣上，充分拌勻后裝入盛土容器內(nèi)蓋緊，潤(rùn)濕一晝夜，砂土的潤(rùn)濕時(shí)間可酌減。測(cè)試潤(rùn)濕土樣不同位置處的含水率，不應(yīng)少于兩點(diǎn)，含水率與要求的含水率之差不得大于±1%。根據(jù)環(huán)刀容積及所需的干密度，制樣所需的濕土量應(yīng)按式（4.3.1-2）計(jì)算： (4.3.1-2)式中：ρd——試樣的干密度（g/cm3）；V——試樣體積（cm3）。擾動(dòng)土制樣可采用擊樣法：將根據(jù)環(huán)刀容積和要求干密度所需質(zhì)量的濕土倒入裝有環(huán)刀的擊樣器內(nèi)，擊實(shí)到所需密度。擾動(dòng)土制樣可采用壓樣法：將根據(jù)環(huán)刀容積和要求干密度所需質(zhì)量的濕土倒入裝有環(huán)刀的壓樣器內(nèi)，以靜壓力通過(guò)活塞將土樣壓緊到所需密度。取出帶有試樣的環(huán)刀，稱定制環(huán)刀和試樣總質(zhì)量，對(duì)不需要飽和，且不立即進(jìn)行試驗(yàn)的試樣，應(yīng)存放在保濕器內(nèi)備用。如試樣需要飽和，宜根據(jù)土樣的透水性能，進(jìn)行飽和。粗粒土采用浸水飽和法；滲透系數(shù)大于10-4cm/s的細(xì)粒土，采用毛細(xì)管飽和法；滲透系數(shù)小于、等于10-4cm/s的細(xì)粒土，采用抽氣飽和法。4.3.2混凝土試樣制備應(yīng)符合規(guī)范《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081：1試模應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土試模》JG237的有關(guān)規(guī)定，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C60時(shí)，宜采用鑄鐵或鑄鋼試模成型；應(yīng)定期對(duì)試模進(jìn)行核查，核查周期不宜超過(guò)3個(gè)月。2振動(dòng)臺(tái)應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土試驗(yàn)用振動(dòng)臺(tái)》JG/T245的有關(guān)規(guī)定，震動(dòng)頻率應(yīng)為50Hz±2Hz，空載時(shí)振動(dòng)臺(tái)面中心點(diǎn)的垂直振幅應(yīng)為0.5mm±0.02mm。3搗棒應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土坍落度儀》JG/T248的有關(guān)規(guī)定，直徑應(yīng)為16mm±0.2mm，長(zhǎng)度應(yīng)為600±5mm，端部應(yīng)呈半球形。4橡皮錘或木槌的錘頭質(zhì)量宜為0.25kg~0.50kg。5混凝土取樣與試樣的制備應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50080的有關(guān)規(guī)定。6每組試件所用的拌合物應(yīng)從同一盤混凝土或同一車混凝土中取樣。7取樣或?qū)嶒?yàn)室拌制的混凝土應(yīng)盡快成型；制備混凝土試樣時(shí)，應(yīng)采取勞動(dòng)防護(hù)措施。8應(yīng)將試模擦拭干凈，在其內(nèi)壁上均勻地涂刷一薄層礦物油或其他不與混凝土發(fā)生反應(yīng)的隔離劑，試模內(nèi)壁隔離劑應(yīng)均勻分布，不應(yīng)有明顯沉積。9混凝土拌合物在入模前應(yīng)保證其均勻性。10宜根據(jù)混凝土拌合物的稠度或試驗(yàn)?zāi)康拇_定適宜的成型方法，包括用振動(dòng)臺(tái)振實(shí)制作試件、用人工插搗制作試件或用插入式振搗棒振實(shí)制作試件。11試件成型后刮除試模上口多余的混凝土，待混凝土臨近初凝時(shí)，用抹刀沿著試?？谀ㄆ?。試件表面與試模邊緣的高度差不得超過(guò)0.5mm。12試件成型抹面后應(yīng)立即用塑料薄膜覆蓋表面，或采取其他保持試件表面濕度的方法。13試件成型后應(yīng)在溫度為20oC±5oC、相對(duì)濕度大于50%的室內(nèi)靜置1d~2d，試件靜置期間應(yīng)避免受到振動(dòng)和沖擊，靜置后編號(hào)標(biāo)記、拆模，當(dāng)試件有嚴(yán)重缺陷時(shí)，應(yīng)按廢棄處理。14試件拆模后應(yīng)立即放入溫度為20oC±2oC，相對(duì)濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，或在溫度為20oC±2oC的不流動(dòng)氫氧化鈣飽和溶液中養(yǎng)護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)的試件應(yīng)放在支架上，彼此間隔10mm~20mm，試件表面應(yīng)保持潮濕，但不得用水直接沖淋試件。15試件的養(yǎng)護(hù)齡期可分為1d、3d、7d、28d、56d或60d、80d或90d、180d等。4.4熱學(xué)特性測(cè)定4.4.3導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x器在使用前應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)，并按照儀器的使用說(shuō)明書進(jìn)行。4.5現(xiàn)場(chǎng)綜合導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定4.5.1換熱器與水平總管連接方法的確定，宜考慮其實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性以及阻力損失等因素。換熱器中管內(nèi)流體需維持一定的流速，因此需設(shè)置循環(huán)水泵以保證所需的換熱系數(shù)和換熱量。4.5.4現(xiàn)場(chǎng)綜合導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定試驗(yàn)步驟如下：1根據(jù)地下結(jié)構(gòu)形式確定埋管形式；2平整測(cè)試孔周邊場(chǎng)地，提供水電接駁點(diǎn)；3測(cè)試巖土初始溫度；4測(cè)試儀器與測(cè)試孔的管道連接；5水電等外部設(shè)備連接完畢后，應(yīng)對(duì)測(cè)試設(shè)備本身以及外部設(shè)備的連接再次進(jìn)行檢查；6啟動(dòng)電加熱、水泵等試驗(yàn)設(shè)備，待設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后開始讀取記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括循環(huán)水進(jìn)出口溫度、流量以及試驗(yàn)過(guò)程中向地埋管換熱器施加的加熱功率等；7提取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析計(jì)算得出巖土綜合熱物性參數(shù)；8測(cè)試試驗(yàn)完成后，對(duì)測(cè)試孔應(yīng)做好密封、標(biāo)識(shí)等防護(hù)工作，后續(xù)可與其他鉆孔等同使用。4.6結(jié)果分析與評(píng)估4.6.1試驗(yàn)開始前，宜制備相同規(guī)格的試樣三個(gè)，分別測(cè)量其導(dǎo)熱系數(shù)，三個(gè)樣的測(cè)量誤差不超過(guò)2%，即證明試樣具有可重復(fù)性，該試樣方法可用于后續(xù)制樣。所制樣品應(yīng)具有均勻性和可重復(fù)性。4.6.4可以直接或間接獲得的主要參數(shù)包括：初始（未受擾動(dòng)的）平均地基溫度、測(cè)試深度范圍內(nèi)綜合導(dǎo)熱率。結(jié)合工程地質(zhì)學(xué)的知識(shí)，或者從其它試驗(yàn)或已有的資料中獲得比熱容，從勘察報(bào)告中得到天然重度，再結(jié)合本項(xiàng)測(cè)試中得到的綜合熱導(dǎo)率，可以計(jì)算出其熱擴(kuò)散系數(shù)。4.6.5對(duì)于一些特殊地基土而言，如果溫度改變導(dǎo)致的地基土中水分遷移現(xiàn)象顯著，則其加熱狀態(tài)下的熱響應(yīng)測(cè)試與制冷狀態(tài)下熱響應(yīng)測(cè)試所獲得的巖土平均導(dǎo)熱系數(shù)和換熱性能有較大差別。5土體熱致力學(xué)特性測(cè)試5.2溫控直接剪切試驗(yàn)5.2.3溫控系統(tǒng)裝置可按照以下步驟操作：1設(shè)計(jì)溫控系統(tǒng)裝置：根據(jù)試驗(yàn)所需的溫度范圍和精度，設(shè)計(jì)一個(gè)溫控系統(tǒng)，包括溫度控制器、加熱器或制冷器等組件。2選擇溫控系統(tǒng)裝置：根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇適當(dāng)?shù)臏乜叵到y(tǒng)裝置，并確保它能夠與直接剪切試驗(yàn)設(shè)備集成。3安裝溫控系統(tǒng)：將設(shè)計(jì)好的溫控系統(tǒng)安裝到直接剪切試驗(yàn)設(shè)備上，可能需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的調(diào)整以容納溫控系統(tǒng)的組件。4連接溫控系統(tǒng)：將溫控系統(tǒng)連接到電源，并確保電氣和機(jī)械連接是安全可靠的。5測(cè)試溫控系統(tǒng)：在進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)之前，測(cè)試溫控系統(tǒng)的性能，確保它能夠準(zhǔn)確控制溫度，并保持在所需的范圍內(nèi)。6設(shè)定溫度參數(shù)：根據(jù)試驗(yàn)需要，設(shè)定試驗(yàn)期間所需的溫度參數(shù)，包括目標(biāo)溫度、溫度升降速率等。7進(jìn)行預(yù)熱：在進(jìn)行正式試驗(yàn)之前，進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)備和溫控系統(tǒng)的預(yù)熱，以確保溫度的穩(wěn)定性。5.3溫控壓縮固結(jié)試驗(yàn)5.3.2溫控系統(tǒng)在固結(jié)試驗(yàn)中的作用是維持土壤樣品在一定的溫度條件下進(jìn)行試驗(yàn)，以研究土壤在特定溫度下的壓縮特性。以下是溫控系統(tǒng)在固結(jié)裝置中的基本作用和實(shí)現(xiàn)方式：1保持溫度穩(wěn)定性：溫控系統(tǒng)旨在維持土壤樣品在試驗(yàn)期間的穩(wěn)定溫度。這對(duì)于研究土壤在不同溫度下的變形行為和壓縮性質(zhì)非常重要。2設(shè)定目標(biāo)溫度：使用溫控系統(tǒng)，試驗(yàn)人員可以設(shè)定試驗(yàn)期間所需的目標(biāo)溫度。這可以在試驗(yàn)的不同階段或?qū)τ诓煌囼?yàn)條件進(jìn)行調(diào)整。3加熱和制冷：溫控系統(tǒng)通常包括加熱器和（或）制冷器，用于升高或降低固結(jié)裝置中土壤樣品的溫度。這些裝置通過(guò)調(diào)整溫度控制器中的參數(shù)，使得試驗(yàn)條件能夠在所需溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。4傳感器和反饋控制：溫控系統(tǒng)通常包括溫度傳感器，用于測(cè)量土壤樣品的實(shí)際溫度。這些傳感器通過(guò)反饋控制系統(tǒng)與溫度控制器連接，以確保實(shí)際溫度與設(shè)定的目標(biāo)溫度保持一致。5溫度均勻性：在固結(jié)試驗(yàn)中，確保土壤樣品整體溫度均勻性非常重要。溫控系統(tǒng)應(yīng)能夠提供均勻的加熱或制冷，以防止試驗(yàn)結(jié)果受到溫度分布的影響。6在使用溫控系統(tǒng)進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)時(shí)，通常需要在試驗(yàn)開始前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)和測(cè)試，以確保其性能和穩(wěn)定性。5.4溫控三軸試驗(yàn)5.4.1試樣制備和飽和應(yīng)符合以下規(guī)定：1試樣的高度宜為試樣直徑的2.0~2.5倍，當(dāng)試樣直徑小于100mm時(shí)，允許的最大粒徑為試樣直徑的1/10，當(dāng)試樣直徑大于100mm時(shí)，允許的最大粒徑為試樣直徑的1/5。2原狀土試樣步驟如下：對(duì)于較軟的土樣，先用鋼絲鋸或切土刀切取一稍大于規(guī)定尺寸的土柱，放在切土盤上下圓盤之間，用鋼絲鋸或切土刀緊靠側(cè)板，由上往下細(xì)心切削，邊切削邊轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，直至土樣被削成規(guī)定的直徑為止。試樣切削時(shí)應(yīng)避免擾動(dòng)，當(dāng)試樣表面遇有礫石或凹坑時(shí)，允許用削下的余土填補(bǔ)。對(duì)較硬的土樣，先用切土刀切取一稍大于規(guī)定尺寸的土柱，放在切土架上，用切土器切削土樣，邊削邊壓切土器，直至切削到超出試樣高度約2cm為止。取出試樣，按規(guī)定的高度將兩端削平，稱量，并取余土測(cè)定試樣的含水率。3擾動(dòng)土試樣制樣：擾動(dòng)土試樣制備應(yīng)根據(jù)預(yù)定的干密度和含水率備樣后，在擊樣器內(nèi)分層擊實(shí)，粉土宜為3~5層，粘土宜為5~8層，各層土料數(shù)量應(yīng)相等，各層接觸面應(yīng)創(chuàng)毛。擊完最后一層，將擊樣器內(nèi)的試樣兩端整平，取出試樣稱量對(duì)制備好的試樣，應(yīng)量測(cè)其直徑和高度。試樣的平均直徑應(yīng)按式（5.4.1-1）計(jì)算： (5.4.1-1)式中：、、——分別為試樣上、中、下部位的直徑（mm）。4砂類土的試樣制備應(yīng)先在壓力室底座上依次放上透水石、濾紙，橡皮膜和對(duì)開圓模。根據(jù)砂樣的干密度及試樣體積，稱取所需的砂樣質(zhì)量，分三等分，將每份砂樣填入橡皮膜內(nèi)，填至該層要求的高度,依次第二層、第三層，直至膜內(nèi)填滿為止。當(dāng)制備飽和試樣時(shí)，在壓力室底座上依次放透水板，橡皮膜和對(duì)開圓模，在模內(nèi)注入純水至試樣高度的1/3，將砂樣分三等分，在水中煮沸，待冷卻后分三層，按預(yù)定的干密度填入橡皮膜內(nèi)，直至膜內(nèi)填滿為止。當(dāng)要求的干密度較大時(shí)，填砂過(guò)程中，輕輕敲打?qū)﹂_圓模，使所稱的砂樣填滿規(guī)定的體積，整平砂面，放上濾紙、透水石、試樣帽，扎緊橡皮膜。對(duì)試樣內(nèi)部施加5kPa負(fù)壓力使試樣能站立，拆除對(duì)開圓模。5試樣飽和方法：抽氣飽和法、水頭飽和法或反壓力飽和法。6本試驗(yàn)必須制備3個(gè)以上性質(zhì)相同的試樣，在不同的周圍壓力下進(jìn)行試驗(yàn)。周圍壓力宜根據(jù)工程實(shí)際荷載確定。對(duì)于填土，最大一級(jí)周圍壓力應(yīng)與最大的實(shí)際荷載大致相等。5.4.2測(cè)量?jī)x器溫度校準(zhǔn)試驗(yàn)1如果溫度改變僅發(fā)生在三軸儀壓力室內(nèi)，壓力室內(nèi)部與外部形成一個(gè)溫差，壓力室外殼、試樣的頂蓋、傳力桿、透水石、濾紙以及排水管等組成的試驗(yàn)排水系統(tǒng)將隨著設(shè)置溫度的變化而發(fā)生膨脹或者壓縮，從而對(duì)實(shí)際測(cè)量值產(chǎn)生一定干擾，應(yīng)對(duì)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)。2應(yīng)使用一個(gè)與試樣同尺寸的塑料圓柱安裝到三軸儀中，按照透水石、濾紙、空心圓柱、濾紙、透水石以及頂蓋的順序進(jìn)行安裝，整體外套橡皮膜，試樣上下使用橡皮圈箍緊。3當(dāng)所做試驗(yàn)樣為飽和樣時(shí)，塑料空心圓柱中充滿了水溶液，根據(jù)所做試驗(yàn)工況溫度和圍壓進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量排水體積和位移傳感器位移變化，所得結(jié)果用于修正試樣試驗(yàn)結(jié)果。4當(dāng)所做試驗(yàn)樣為干樣時(shí)，塑料空心圓柱也為干燥狀態(tài)，根據(jù)所做試驗(yàn)工況溫度和圍壓進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量位移傳感器位移變化，所得結(jié)果用于修正試樣試驗(yàn)結(jié)果。5.4.3溫控三軸儀測(cè)定熱力學(xué)特性具體試驗(yàn)步驟如下：1不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)關(guān)閉排水閥，根據(jù)飽和過(guò)程中的方法，施加一定圍壓，在不排水條件下測(cè)定試樣的孔隙水壓力，驗(yàn)證試樣飽和度，如果試樣不飽和，則先要根據(jù)飽和過(guò)程中的相關(guān)反壓飽和方法飽和試樣。試樣完成飽和后，為準(zhǔn)確模擬現(xiàn)場(chǎng)土的初始固結(jié)應(yīng)力水平，應(yīng)在不固結(jié)圍壓施加以前，先進(jìn)行一個(gè)等壓排水的固結(jié)過(guò)程，然后關(guān)閉排水閥門。試樣施加各向相等的圍壓，逐漸升到預(yù)定荷載，一般為100kPa、200kPa、300kPa、400kPa四級(jí)，或者根據(jù)實(shí)際工程需要施加。施加溫度荷載，加溫速率宜為5oC/h，升高到預(yù)定溫度。軸向應(yīng)變剪切的速率應(yīng)控制在0.5%/min~1%/min，開其電動(dòng)機(jī)，試樣每產(chǎn)生0.3%~0.4%的軸向應(yīng)變時(shí)（或0.2~0.3mm的位移值），測(cè)記一次位移百分表、量力環(huán)百分表和孔隙水壓力的讀數(shù)。當(dāng)軸向應(yīng)變大于3%時(shí)，每產(chǎn)生0.7%~0.8%的軸向應(yīng)變時(shí)(或0.5mm的位移值)，測(cè)記一次讀數(shù)。若加載過(guò)程中，量力環(huán)百分表讀數(shù)出現(xiàn)峰值，則軸向應(yīng)變?cè)黾拥?5%時(shí)停止試驗(yàn)，否則軸向應(yīng)變需增加到20%方能停止試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，卸除周圍圍壓，用吸管排出壓力室內(nèi)的水，降低試樣底座，移除壓力室，拆除試樣，記錄試樣破壞時(shí)的形狀，稱量試樣質(zhì)量，測(cè)定含水率。2固結(jié)不排水試驗(yàn)試樣安裝以后，將排水管中的氣體排空，放水使排水管中的水頭與試樣中部齊高，再將此時(shí)孔壓讀數(shù)調(diào)整為零，或者記錄此時(shí)的水頭水位讀數(shù)，作為孔壓基準(zhǔn)值。檢測(cè)試樣是否飽和。在已施加反壓基準(zhǔn)上，再對(duì)試樣施加各向相等的圍壓，逐級(jí)升到預(yù)定的荷載，一般凈增圍壓設(shè)100kPa、200kPa、300kPa和400kPa四級(jí)，或根據(jù)實(shí)際工程需要實(shí)施。打開排水閥，進(jìn)行排水，直至超靜孔隙水壓力消散95%以上，記錄固結(jié)完成后排水管讀數(shù)，其與排水前排水管讀數(shù)的差值即為排水量（試樣體變）。判定固結(jié)完成時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)是24h，固結(jié)完成后，關(guān)閉排水閥，測(cè)記當(dāng)前孔隙水壓力和排水管水面讀數(shù)。打開排水閥門，施加溫度荷載，加溫速率宜為5oC/h，升高到預(yù)定溫度，升溫到恒溫結(jié)束，時(shí)間為24h。升溫結(jié)束后，關(guān)閉排水閥，測(cè)記當(dāng)前孔隙水壓力和排水管水面讀數(shù)。測(cè)記完成后，開動(dòng)電動(dòng)機(jī)，進(jìn)行軸向加壓，速率一般為黏性土軸向應(yīng)變0.05%/min~0.1%/min，粉土軸向應(yīng)變0.1%/min~0.5%/min，試樣每產(chǎn)生0.3%~0.4%的軸向應(yīng)變時(shí)（或0.2~0.3mm的位移值），測(cè)記一次位移百分表、量力環(huán)百分表和孔隙水壓力的讀數(shù)；當(dāng)軸向應(yīng)變大于3%時(shí)，每產(chǎn)生0.7%~0.8%的軸向應(yīng)變時(shí)（或0.5mm的位移值），測(cè)記一次讀數(shù)；若加載過(guò)中，量力環(huán)百分表讀數(shù)出現(xiàn)峰值，則軸向應(yīng)變?cè)黾拥?5%時(shí)停止試驗(yàn)，否則軸向應(yīng)變需增加到20%方能停止試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，卸除周圍圍壓，用吸管排出壓力室內(nèi)的水，降低試樣底座，移除壓力室，拆除試樣，記錄試樣破壞時(shí)的形狀，稱量試樣質(zhì)量，測(cè)定含水率。3固結(jié)排水試驗(yàn)試樣安裝以后，將排水管中的氣體排空，放水使排水管中的水頭與試樣中部齊高，再將此時(shí)孔壓讀數(shù)調(diào)整為零，或者記錄此時(shí)的水頭水位讀數(shù)，作為孔壓基準(zhǔn)值。檢測(cè)試樣是否飽和。在已施加反壓基準(zhǔn)上，再對(duì)試樣施加各向相等的圍壓，逐級(jí)升到預(yù)定的荷載，一般凈增圍壓設(shè)100kPa、200kPa、300kPa和400kPa四級(jí)，或根據(jù)實(shí)際工程需要實(shí)施。打開排水閥，進(jìn)行排水，直至超靜孔隙水壓力消散95%以上，記錄固結(jié)完成后排水管讀數(shù)，其與排水前排水管讀數(shù)的差值即為排水量（試樣體變）。判定固結(jié)完成時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)是24h，固結(jié)完成后，關(guān)閉排水閥，測(cè)記當(dāng)前孔隙水壓力和排水管水面讀數(shù)。打開排水閥門，施加溫度荷載，加溫速率宜為5oC/h，升高到預(yù)定溫度，升溫到恒溫結(jié)束，時(shí)間為24h。升溫結(jié)束后，測(cè)記當(dāng)前孔隙水壓力和排水管水面讀數(shù)。剪切過(guò)程中，由于是排水，因此在剪切前，不必關(guān)閉排水閥門，同時(shí)要改變剪切的速率，控制軸向應(yīng)變?cè)黾拥乃俾蕿?.003%/min~0.012%/min；另外，必須控制單位時(shí)間內(nèi)超靜孔隙水壓力的增量，以保證剪切過(guò)程為排水，要求即時(shí)的孔壓增量不超過(guò)0.05倍的初始圍壓。試樣每產(chǎn)生0.3%~0.4%的軸向應(yīng)變時(shí)（或0.2~0.3mm的位移值），測(cè)記一次位移百分表、量力環(huán)百分表和孔隙水壓力的讀數(shù)。當(dāng)軸向應(yīng)變大于3%時(shí)，每產(chǎn)生0.7%~0.8%的軸向應(yīng)變時(shí)（或0.5mm的位移值），測(cè)記一次讀數(shù)，若加載過(guò)程中，量力環(huán)百分表讀數(shù)出現(xiàn)峰值，則軸向應(yīng)變?cè)黾拥?5%時(shí)停止試驗(yàn)，否則軸向應(yīng)變需增加到20%方能停止試驗(yàn)。5.4.5所得土體、巖石和混凝土材料熱力學(xué)特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法：（5.4.5-1） (5.4.5-1)式中：ε1——軸向應(yīng)變（%）；h1——剪切過(guò)程中試樣的高度變化（mm）；h0——試樣初始高度（mm）。（5.4.5-2） (5.4.5-2)式中：Aa——試樣的校正斷面積（cm2）；A0——試樣的初始斷面積（cm2）。（5.4.5-3） (5.4.5-3)式中：——主應(yīng)力差（kPa）；——大總主應(yīng)力（kPa）；——小總主應(yīng)力（kPa）；C——測(cè)力計(jì)率定系數(shù)（N/0.01mm或N/mV）；R——測(cè)力計(jì)讀數(shù)（0.01mm）；10——單位換算系數(shù)。注腳表示破壞時(shí)的值a）試樣固結(jié)后的高度，應(yīng)按式（5.4.5-4）計(jì)算： (5.4.5-4)式中：hc——試樣固結(jié)后的高度（cm）；?V——試樣固結(jié)后與固結(jié)前的體積變化（cm3）。試樣固結(jié)后的面積，應(yīng)按式（5.4.5-5）計(jì)算： (5.4.5-5)式中：——試樣固結(jié)后的斷面積（cm2）。試樣面積的校正