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热性质是岩土体基本的物理性质之一,用以评价热量在其中的保持、传导和分布状况,以导热系数、比热容和热扩散系数最为常见,这些参数也是地热能管理与开发、工程冷冻开挖、寒区工程设计与施工的重要参数。已有研究表明,土壤热参数与土质、来源、含水率、密度等因素有关。通过广东湛江某工地粉质黏土和黏土的热参数测试结果分析发现：随含水率的增大,粉质黏土导热系数和热扩散系数的变化趋势是先增加至最大值,然后减小,而比热容基本呈线性增大。干密度对粉质黏土导热系数的影响与含水率大小有关,当含水率不超过20.0%时,其随干密度的增加而增大,而当含水率超过27.5%后,其随干密度的增加有减小趋势;当含水率在24.5%（液限）左右时,基本没有规律可循。干密度对粉质黏土热扩散系数影响规律不明显。黏土的导热系数和比热容都随含水率和干密度的增加而增大;热扩散系数随含水率的升高整体表现为非线性增加至稳定,在低含水率下干密度的影响不明显,在较高含水率下随干密度的增加热扩散系数先增大后减小。较大颗粒的存在导致粉质黏土的导热性较黏土复杂。 相似文献
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影响北京地区粉质粘土和细砂的热导率因素统计分析 总被引：1，自引：1，他引：0
随着能源短缺和人们环保意识不断提高,浅层地下空间的有限资源得到了快速开发利用,为高效合理使用地下有限热能,有必要研究岩土体的热物理参数变化规律。在北京平原区浅层地温能资源地质勘查项目岩土体热物理性质测试和土工试验的基础上,对粉质粘土和细砂的热导率影响因素进行数理统计分析。从统计结果来看,在天然含水率条件下,粉砂质粘土的平均热导率为1.74 W/(m.K),细砂的平均热导率为1.55 W/(m.K),两者的热导率均随天然含水率、天然密度、孔隙比的变化趋势明显:随着含水量的增大而热导率逐渐减小,随密度的增加而热导率增大,随着孔隙度的增加则热导率逐渐降低,粉质粘土含水量在20%左右热导率最佳,细砂含水量在15%左右热导率最佳;由于样品物质成分和微观结构差异影响传热方式组合,因而导致不同地区乃至相同地区热导率与含水量等因素拟合方程形式不尽相同,但变化规律趋势相似。 相似文献
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【研究目的】 岩土热物性是影响浅层地热能资源评价及利用的重要参数。【研究方法】 在北京平原区各冲洪积扇采集了695件第四系岩土样品进行热物性及土工参数测试,分析了热物性参数特征及其对浅层地热能开采的影响。【研究结果】 北京平原区第四系岩土热导率平均值为1.465~2.022 W/(m·K),热扩散率平均值为0.450×10-6~0.841×10-6 m2/s,比热容平均值为2.323~3.080 MJ/(m3·K),热导率（λ）与热扩散率（κ）值存在一定的线性关系,相关方程为λ =1.6973κ + 0.6127。第四纪松散沉积物颗粒越细,热导率值越低;含水率0~5%范围内,热导率随含水率增加迅速增大,含水率5%~20%范围内,热导率增加变缓并趋于稳定,含水率20%~40%范围内,热导率随含水量增大而降低;在天然状态下,热导率随着密度的增加而增大,随着孔隙比的增加而降低;样品温度在0~40 ℃范围内,热导率随温度升高呈先减小后增大的趋势,20 ℃时热导率最低。【结论】 第四系热物性参数随地质条件变化而变化,热物性参数大小会影响浅层地热能储存、采集和扩散能力,热导率、热扩散率及比热容越大,岩土蓄热和导热能力越强。 相似文献
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天津地区浅层地热能赋存条件浅析及前景展望 总被引：1，自引：0，他引：1
通过对地质、钻探资料和物探测井、岩土体热物性参数测试等资料的研究,结合综合勘查技术方法和对已有资料的二次开发,查明了天津地区浅层地热能赋存条件,尤其是岩土体的热物理参数变化规律,并借助Excel办公软件,采用数理统计方法对岩土体热物性参数的变化进行了分析。结果表明区内岩土体的热导率为1.23～1.62 W/(m·℃),比热容为1898.52～2201.70 J/（kg·K）;粘土和粉质粘土含水量在19％左右时热导率最佳,粉土和粉砂含水量在17％左右时热导率最佳。该区浅层地热能赋存丰富,具有很广阔的开发前景。 相似文献
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为分析天津地区地层热物性参数的地区分布特征和平面分布规律,布置88个勘查孔、现场采集1 076个岩土样、室内分析热导率、比热容、热扩散系数等地层热物性实验,对测试数据进行统计分析。结果表明:天津市岩土体热导率在1.26~1.70 W/(m·K),比热容在2 050~2 090 J/(kg·K),热扩散系数在0.45×10-6~0.74×10-6 m2/s。同一地区不同岩性的比热容,黏土最大、粉砂最小,热导率刚好相反,热扩散系数与比热容规律相同;不同地区同一岩性的热物性参数差别不大。天津市比热容与热导率呈现大致相反的趋势,热导率高值区位于蓟县、宝坻和宁河的东部、武清西部、静海南部以及滨海新区的中部地区;比热容高值区位于蓟县、宝坻和宁河西部、武清东部、静海北部以及滨海新区大部分地区。 相似文献
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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0～5％,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. 相似文献
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岩石热物性是地表、地球内部温度分布及热传递研究不可缺少的参数,贵州乃至西南地区均尚未开展过系统性、区域性的岩石热物性参数研究工作。为给贵州及相邻区域开展地热、油气成藏以及岩土工程等研究工作提供依据和参考,本次采集了贵州主要地层的14种岩类,共计433件岩石样品,并进行热导率、比热容及热扩散率的测试,分析了不同岩石的热物性参数特征及影响因素。研究表明：贵州地区岩石热导率的实测平均值在1. 516±0. 264~5. 066±0. 521W/(m·K)之间,比热容的实测平均值在0. 272±0. 042~0. 603±0. 096kJ/(kg·℃)之间,热扩散系数的实测平均值在0. 752±0. 331~2. 854±0. 368mm2/s之间。区内岩石热物性与其矿物成分、结构、含水量等因素有关,其中,岩石年龄越老,热导率和热扩散系数越高;岩石的热导率和热扩散系数与高热导率矿物含量存在正相关关系,而比热容则相反;随着岩石中矿物颗粒粒度的增大,岩石热导率和热扩散系数也随之增加,而比热容与矿物颗粒粒度的关系则不明显;含水量对岩石的热物性影响较大,饱水条件下岩石的热导率比干燥条件下的热导率增加幅度在2%~17%,热扩散系数增加的幅度集中在1%~16%,而比热容则减少,减少幅度在3. 08%~21. 79%。 相似文献
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以吉林－荒岗高速公路沿线的粉质黏土为研究对象,对不同石灰掺入比的土样试件进行0、2、4、6、8、10、12次冻融循环试验。通过室内静三轴试验,研究了冻融循环作用对石灰处置粉质黏土强度的影响。研究结果表明,石灰处置粉质黏土的应力-应变关系曲线呈应变软化型,峰值强度随围压增大而升高,粉质黏土峰值强度降低幅度值比石灰处置粉质黏土峰值强度降低幅度值大,经历4次冻融后应力-应变曲线峰值强度趋于稳定;冻融作用后石灰处置粉质黏土抗剪强度衰减率比粉质黏土的抗剪强度衰减率小,抗剪强度随围压的升高而增大;同一围压条件下石灰处置粉质黏土弹性模量随着冻融次数增加逐渐减小,经历4次冻融后基本趋于稳定。 相似文献
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高温作用会导致岩石内部结构发生变化,并对其热物理性质有着显著影响。因此,研究高温作用后岩石热物理性质的变化规律对地热系统及存在热流传播问题的地下工程具有指导意义。试验利用高温炉和Hot Disk热常数分析仪研究了高温作用后砂岩热物理性质的变化特征。研究表明:砂岩的热导率、比热、热扩散率随温度整体呈下降趋势,可分为25℃~100℃,100℃~400℃,400℃~600℃,600℃~900℃四个阶段;25℃~100℃,砂岩热导率、比热、热扩散率因附着水蒸发急剧减小;100℃~400℃,砂岩热导率、热扩散率变化平缓,比热因含水量的降低减小得较快;400℃~600℃,砂岩中结晶水、结构水的蒸发及石英的相变导致微裂隙发育、延伸,进而引起热导率、比热、热扩散率持续下降;600℃~900℃,砂岩中矿物发生分解、熔融破裂,热破裂进一步增加与扩展,这个阶段内热导率、比热迅速下降,但热扩散率基本稳定。 相似文献
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目前国际上对高温下土壤热导率的试验和模型预测研究比较缺乏,通过KD2 Pro测试两种红黏土在较广温度范围（5~90℃）和含水率范围内的热导率,并选择IPCHT模型预测高温下体积含水率-热导率的变化规律。测试结果表明,两种红黏土的热导率对体积含水率的敏感程度与温度有关,且热导率均随温度的升高而增大,在90℃时热导率最高可达5℃的3~4倍。60~90℃范围内热导率随体积含水率的变化存在明显的临界含水率（对应土壤的塑性指数）,但相同温度、体积含水率下,柳州红黏土中水汽潜热传输效应较桂林红黏土要明显。模型预测研究表明,除粉砂质黏壤土外,高温下IPCHT模型预测效果均不理想,经传质增强因子ξ修正后,柳州红黏土以及细砂的热导率预测值和实测值均相符得较好（RMSE < 30%）,但桂林红黏土的整体预测效果仍较差。 相似文献
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在我国“海洋强国”建设下,南海岛礁建设顺利推进,以浅层礁坪为介质的地源热泵技术、能量桩等,实质是与礁砂介质能量交换的过程,需进一步掌握珊瑚砂导热性能的演变规律。以南海岛礁珊瑚细砂为研究对象,测定并探讨在不同干密度和含水率下对3大热物理参数的影响,并选用12种砂土热物理参数模型的预测数据与实测数据进行类比分析,提出适宜预测珊瑚细砂导热性能的经验模型。结果表明,珊瑚细砂导热系数和体积比热容、热扩散系数均与干密度呈正相关关系,导热系数和体积比热容与含水率的相关系数高于干密度,而热扩散系数与含水率呈“凸”形增长关系,与干密度的相关系数远高于含水率。基于试验实测数据进行线性回归分析,修订Cote-Konrad模型与Gangadhara Rao模型,显著提高模型对珊瑚细砂导热系数预测准确性;通过De Vries模型与Xu模型的线性修正,大幅缩小珊瑚细砂体积比热容预测值与实测值的差异,在Dai模型相关系数的二元拟合分析基础上,建立表征珊瑚细砂热扩散系数预测模型,为岛礁隔热、控温工程设计以及珊瑚砂热物理特性研究提供参考。 相似文献
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Study on the influencing factors of rock-soil thermophysical parameters in shallow geothermal energy 
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下载免费PDF全文 Thermophysical parameters are the main parameters affecting the utilization efficiency of shallow geothermal energy. Based on the research and evaluation data of shallow geothermal energy in capital cities of China, this paper analyzes the differences between two testing methods and finds that data measured in in-situ thermal conductivity test is closer to the actual utilization. This paper analyzes the influencing factors of thermophysical parameters from lithology, density, moisture content and porosity: The thermal conductivity coefficient of bedrock is generally higher than Quaternary system loose bed soil; as for the coefficient of bedrock, dolomite, shale and granite are higher while gabbro, sandstone and mudstone are lower; as for the coefficient of loose bed, pebble and gravel are higher while clay and silt are lower. As the particle size of sand decreases, the thermal conductivity coefficient declines accordingly. The thermal conductivity coefficient increases linearly with growing density and decreases in logarithm with growing moisture content as well as porosity; specific heat capacity decreases in logarithm with growing density, increases in power exponent with growing moisture content and decreases linearly with growing porosity. The thermal conductivity coefficient is high when hydrodynamic condition is good and vice versa. The conclusions of this paper have guiding significance for the research, evaluation and development of shallow geothermal energy in other areas. 相似文献
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近年来,随着全球能源消耗的增加,对新能源的开发和利用日益重要。地热资源作为一种清洁环保的新能源已经开始引起广泛的关注,对岩土材料的热性质研究也逐渐受到国内外学者的重视。土的热性质包括热传导系数、热扩散系数和比热容。其中,热传导系数作为其中最重要的性质,它不仅决定了热量在土体中的传播速度和土体温度场的分布,同时也是各种地热泵、能量桩等建筑热工结构设计中需要考虑的主要参数之一。首先介绍了土热传导系数的工程背景和研究意义,描述了土中的热量传播方式和类型,阐述了热传导系数的概念,并分析了土热传导系数的各种影响因素（含水率、密度、矿物成分、温度等）。在此基础上,总结了目前国内外土热传导系数模型的研究现状,并对各个模型的优缺点进行了简要的分析和评价。最后,提出了对土传导系数及模型研究的建议和展望。 相似文献
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Due to energy shortage and increasing environmental awareness, resources in shallow underground space have been rapidly exploited and utilized. So that studying variation characteristics of geothermal response in gneiss is necessary for effective and rational use of underground heat. Based on field test of thermal response in gneiss under hydrogeological survey project carried out in shallow geothermal energy development zone in Liaoning Province, this thesis analyzes mathematical statistics of geothermal response characteristics in main gneiss of Laoning Province. The initial formation temperature ranges from 10.80℃ to 15.80℃ according to field test. The statistical results show that in the condition of natural water content, the average thermal conductivity of Quaternary loose rocks comes as clay silty silty fine sand medium sand coarse sand gravelly sand. This order is consistent with thermal conductivity characteristics of gneiss obtained in the laboratory. Formation temperature recovery in different strata follows as granite medium sand clay. This order is opposite to the absolute value of temperature recovery curve slope of corresponding lithology, which shows that the stratum with higher temperature recovery rate has lower temperature recovery curve slope. 相似文献
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具有无污染、可再生、分布广、储量大以及可就近利用等诸多优势的地热能是一种洁净能源,应用前景广阔。地热能的开发利用与区域地温场划分紧密相关,关于关中盆地整体地温场划分的研究鲜有报道。根据关中盆地的工程地质、水文地质、环境地质条件等因素,总结了岩体类和砂土类的热物性质特征。通过灰色关联分析方法,分析了岩土体热物性参数的影响因素,认为干燥重度对导热系数的影响程度最大,含水率、天然重度、孔隙率三者影响程度相近;干燥重度对比热容影响程度最大,天然重度次之,含水率和孔隙率影响最弱。利用盆地内多个地温常观孔,绘制了地温变化曲线和地温梯度等值线,认为关中盆地常温带位于15~20 m埋深处,地温梯度总体呈中部高、东西低,固市凹陷、西安凹陷、蒲城凸起、断裂及断裂汇合区域地温梯度较大,宝鸡凸起、咸礼凸起以及临蓝凸起地温梯度较小,产生差异的原因包括地质构造、地下水活动、岩土体热物性参数等三方面。利用热物性参数和地温梯度值,计算了盆地内浅层和深层的大地热流值,并分析了两者差异的成因,经对比全国区域地热资料,认为关中盆地是一个复杂的坳陷型中低温地热田,地热资源潜力巨大,居全国上游。该文旨在系统地分析关中盆地地温场特征,为地热能的勘查评价提供基础数据支持,促进关中盆地地热开发利用,为构建环境友好型社会服务。 相似文献
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通过野外地质调查及室内综合研究,分析了关中盆地浅层地热能的开发利用情况、赋存特征和形成模式,并对资源量进行了估算,总结了盆地不同地貌单元、不同岩性的岩土体热物性参数特征,计算了区域恒温带深度和浅层大地热流值。关中盆地地热能的形成模式主要为热传导型和热对流型: 热传导型地热资源主要分布于西安凹陷、固市凹陷等完整地质块体内; 热对流型地热资源主要分布于深大断裂直接沟通地表的区域以及断裂带周边区域。采用层次分析法对关中盆地浅层地热能进行适宜性分区,认为关中盆地整体属于地埋管地源热泵系统适宜区或较适宜区,地下水地源热泵系统适宜区和较适宜区主要分布在盆地中部漫滩区和阶地区。利用热储法,计算关中盆地浅层地热能热容量为1.38×1016 kJ/℃,浅层地热能储量巨大,开发利用前景优良。 相似文献
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Reliable estimates of soil thermal properties such as heat capacity, thermal conductivity, and diffusivity are important in analysis of heat transmission through soils in applications such as shallow geothermal applications, buried electrical conduits, and in general heat/fluid flow analyses. A number of analytical, numerical and experimental methods are available to determine the soil thermal properties. In this paper, the analytical and numerical methods developed on the basis of one-dimensional heat conduction equation are used to estimate the apparent thermal diffusivity of soil. Three of the four analytical methods, Amplitude, Phase, and Arctangent provide explicit equations for the apparent thermal diffusivity. Two methods, Harmonic and Numerical, make use of large number of temperature measurements to implicitly solve for the apparent thermal diffusivity. The temperature time series data monitored at different depths in two field sites in Melbourne, Australia for more than 2 year period were used to estimate the apparent thermal diffusivity of soil down to 2 m depth. The apparent thermal diffusivity was calculated using all five methods and compared with laboratory experimental results. The effectiveness of each method in predicting the thermal diffusivity was compared and observed discrepancies were discussed. Finally, the observed soil temperature data for a 12 month period are used to model the temperature variation in the ground analytically using Harmonic method and the model prediction for the following 12 month was compared independently with the field measurements. The analytical model prediction is found to be in good agreement with the field monitored data. 相似文献