Page 65 - 2023年第54卷第3期

表 ５ 导热系数测定仪参数表
探头类型 测定范围?（Ｗ?（ｍ·Ｋ）） 精度?（Ｗ?（ｍ·Ｋ）） 温度范围?℃
针式 ０．０１５～６ ５％实测值＋ ０．００３ － ２０～７０

３．２ 试验方案 本文以大庆地区的渠道填筑用分散性黏土为研究对象。试验所取土料来自渠道现场，
３
土的物理性质见表 ６，该土料最大干密度为 １．６５ｇ?ｃｍ ，最优含水率为 １９．６％。现场施工填筑干密度为
３
１．５３ｇ?ｃｍ ，控制含水率为（２０±２）％。试验室通过碎屑试验、针孔试验、化学法和双比重计法综合判
断该土料为分散性黏土。制样采用直径 １０ｃｍ、高 ２０ｃｍ刚性饱和器，试样上下放置一片钢板防止冻
结过程中试样变形而使干密度发生变化。土样分 ５层压实，每层之间做刨毛处理。试样最外侧用保鲜
膜包裹以保障含水率不变，需要完全饱和浸水的试样先包裹一层透水试纸以防止分散性黏土发生侧
漏。导热系数仪探针插入点位于试样直径中心处，探针长度为 １１ｃｍ，该探针既可以测量土体的导热
系数，也可以测量试验样品的温度变化。试样含水率分布从 ０～２４％一共 ７个不同含水率，另外 ２４—
２７号样抽气到饱和，完全饱和之后在盛满蒸馏水的水槽中浸泡一周，每 ２４ｈ换一次蒸馏水。干密度
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３
３
取 １．４３ｇ?ｃｍ ，１．５３ｇ?ｃｍ ，１．５９ｇ?ｃｍ 和 １．６３ｇ?ｃｍ 。试样放在调试好的恒温箱里 １２ｈ以达到要求的温
度，设计温度为 １５℃、１０℃、５℃、０℃、－ ５℃、－ １０℃和－ １５℃，从正温向负温逐步测量导热系
数，实际土体温度与设计温度偏差 ０．５℃以内。每组测定 ３次并取平均值作为该温度下的土体导热系
数，试验方案见表 ７所示。
表 ６ 分散性黏土物理性质

黏土矿物相对含量?％ 颗粒组成?ｍｍ
液限 ｗ Ｌ 塑限 ｗ ｐ
有机质含量?％
比重 Ｇ ｓ
?％ ?％ 伊利?蒙脱混层 伊利石 高岭石 ＞０．０７５ ０．０７５～０．００５ ＜０．００５
２．７１ ３５ １９ ７２ １４ ７ ３０％ ４７％ ２３％ ０．７８
表 ７ 试验方案设计
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序号 初始含水率 ｗ?％ 干密度 ρ ｄ ?（ｇ?ｃｍ ） 备注
１ １８、２０、２２、２４ １．４３、１．５３、１．５９、１．６３
２ ０ １．４３ 、１．５３、１．５９、１．６３
３ ５ 、１０、１５ １．５３
４ ２０ １．４３、１．５３、１．５９、１．６３ 抽气饱和＋ 浸泡 ７天

４ 试验结果分析

表 ８为分散性黏土在不同初始含水率、初始干密度（孔隙比）和温度下的导热系数值室内试验测试
结果，其中 ２４—２７号为初始含水率 ２０％经历了抽气饱和＋ ７ 天浸泡处理后的饱和样。
４．１ 含水率和干密度对导热系数的影响 土的含水率和干密度对导热系数影响显著。在图 ５（ａ）中，
分散性黏土的导热系数随着含水率增大而增大。在正温时，不同测试温度下（土体温度，下同）的导热
系数相同；负温时，温度越低，分散性黏土的导热系数越大。测试温度越低，导热系数随着含水率增
长越快。在图 ５（ｂ）中，分散性黏土的导热系数随着初始干密度的增大而增大。测试温度为正温时，
不同测试温度下的导热系数几乎相同；测试温度为负温时，温度越低，土的导热系数越大。
４．２ 温度对导热系数的影响 图 ６为测试温度对导热系数的影响关系。在初始含水率较低时（初始含
水率 １０％以下），土体的导热系数基本不受温度的影响，这是由于低含水率下土体中多为结合水，孔
隙水含量较少，结合水有着更低的冻结温度而发生相变的部分占总含水率较少。由图 ６可知，在土体
温度为正温时，相同含水率土的导热系数不受温度变化而影响；负温时，当含水率大于 １５％时，土的
导热系数受温度影响较大，这是由于温度越低土中含冰量增大，结合水逐渐发生冻结。

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