紅黏土熱物性的水熱鹽耦合效應研究.pdf

1、本文選取廣西地區(qū)具有代表性的兩種紅黏土為主要研究對象，以其熱物性為研究目的，通過熱物性試驗，較全面的揭示土體熱導率、容積熱容和熱擴散率隨含水量變化的規(guī)律，并分別選用Johanson公式、Kersten公式和IPCHT模型進行常溫和高溫狀態(tài)下的模擬。主要研究成果如下：
　　1、通過對不同體積含水量下兩種紅黏土的熱物性試驗，得出土體熱物性隨土中水含量變化的規(guī)律：在相同的干密度下，隨著體積含水量的增加，土體的熱導率、容積比熱容以及熱擴散

2、率均隨之增大。
　　2、通過對不同溫度下兩種紅黏土的熱物性試驗，得到土體熱物性隨溫度變化的規(guī)律：在干密度和體積含水量不變的情況下，土體的熱導率隨溫度（5~60℃）的增加而增加，且增長斜率隨著含水量的增加而降低，甚至在高溫下（60~90℃）某一臨界含水量后出現(xiàn)負值，此時土中水出現(xiàn)汽化現(xiàn)象，從而影響了土體的熱導率。
　　3、通過不同鹽濃度下兩種紅黏土的熱物性試驗，得到土體熱物性隨鹽（NaCl）溶液濃度變化的規(guī)律：在干密度相同的情

3、況下，較低體積含水量情況下的鹽濃度對土體的熱導率幾乎沒影響，隨著體積含水量的逐漸增加，土體的熱導率隨鹽濃度的增加而減小，但在某一臨界含水量（桂林紅黏土為0.21cm3/cm3，柳州紅黏土為0.29 cm3/cm3）后，土體的熱導率開始隨鹽濃度的增加而增大。
　　4、基于雙電層理論，借助水蒸氣等溫吸附試驗測試研究桂林、柳州2兩種紅黏土的雙電層厚度，在此基礎上解釋了紅黏土熱導率隨水、熱、鹽變化的規(guī)律：隨含水量增加，土顆粒表面結(jié)合水膜厚

4、度也隨之增大；溫度對水分子熱運動有一定影響，溫度升高使部分滲透結(jié)合水轉(zhuǎn)化成自由水，提高了熱傳遞效率；Na+的存在會降低土顆粒表面的結(jié)合水膜厚度，從而導致傳熱通道減小，最終使紅黏土熱導率值降低。
　　5、模擬結(jié)果表明，2種紅黏土的實測值均落在Johanson公式的預測值的±30％范圍內(nèi)，桂林紅黏土實測值落在Kersten公式的計算值的±30%范圍內(nèi)。經(jīng)傳質(zhì)增強因子修正后的IPCHT模型雖然可以較好的模擬團粒發(fā)育較弱的柳州紅黏土，但對