BTR-4000型地层热物性原位测试仪及其应用

地层热物性原位测试仪主要包括液路循环系统、数据采集和控制系统及电气控制系统等。利用测试仪对某热交换井进行现场测试,得到换热器进、出口循环水温度随时间逐渐趋于稳定,及换热器与周围土壤的换热量随时间基本保持恒定的相关曲线。采用线源和柱源传热模型,结合参数估计法,计算出平均热物性参数分别为：土壤热传导系数λ=2.428 W/(m·K),钻孔热阻R=0.102 (m²·K)/W,及λ=2.164 W/(m·K),R=0.086 (m²·K)/W。通过保证测试时间和准确的土壤比热容等参数,可得到准确的热物性参数,计算结果为地源热泵系统的准确设计提供了依据。     

采用不同方式的地埋管换热器热响应测试 ——-以中新天津生态城公屋展示中心项目为例

利用两种热响应测试方式( 恒热流法和恒温法) 进行地埋管地源热泵换热试验,测试该地的土壤热物性参数。在概述了两种浅层岩土体热物性原位测试仪的原理、特点、测试方法及数据处理方法的基础上,分析比较了两种方法测量的参数,准确地计算出施工现场土壤的热物性参数。两种测试仪测量的热物性参数基本一致,同时热工况或冷工况试验所取得的参数差别不大。在20℃ ～ 30℃排热工况条件下,换热器为120 m 双U 类型时,排热量在25 ～ 60 W/m,在8 ℃取热工况条件下,取热量约30 W/m。热导率约1. 5 W/m·℃,热扩散率约为0. 46 × 10 － 6 m3 /s。     

现场测试地层平均热物性参数方法初探——以北京某工程地源热泵系统地层热物性测试评价工程为例

地层热物性参数是地源热泵系统地下换热器设计所需要的非常重要的参数,热物性参数的大小对钻孔的数量及钻孔的深度均有显著的影响,进而影响地源热泵系统的初投资。笔者以北京某工程地源热泵系统地层热物性测试评价工程为例,阐述了现场测试获取平均热物性参数的测试方法和原理,并通过建立传热模型,利用参数估算法计算了工程场区的热物性参数。为验证结果的可靠性,又采用了线源理论对测试数据进行计算并将计算结果与参数估算法进行了分析比较。最后,笔者对两种计算方法的求解方法和适用条件进行了归纳总结。由于目前地层热物性参数确定方法还很不成熟,可借鉴的经验不多,所以笔者提出的热物性参数确定方法只是尝试性的探索,还有待今后的实践检验和进一步的理论研究工作。     

基于组态软件、智能模块及PLC的岩土热物性原位测试仪监控系统

介绍了应用地源热泵原理对地层的热物性进行原位测试的测试仪自动监控系统。系统通过检测并控制地热孔地下换热器进出口温差,保证恒热流输入。该系统由上位机及下位机系统组成:上位机由工控机作为监测控制核心,装有组态软件,编制整个控制系统操作界面和软件系统;下位机由两台AD转换智能模块采集各物理参数,一台可编程逻辑控制器(PLC)对控制动作执行机构进行控制输出。通过对4口地热井的实际工程应用,分别实现了连续72 h对地热孔地下换热器进出口温差的精确控制,控制精度小于0.1℃。     

地质构造对碳酸盐岩热物性参数的影响分析

本次试验以贵州省六盘水市六枝特区城区为研究区,通过对同一断层构造上下两盘水文地质条件相似、地层岩性相同的碳酸盐岩,采用相同施工工艺、相同测试环境、相同测试方法进行热响应测试。试验结果得出,同一碳酸盐岩地层在不同地质构造下热物性参数不同,断层上盘地层岩体初始温度高于下盘,综合导热系数、容积比热容、热扩散率、相同工况条件下的延米换热量低于下盘。岩体热物性参数的获取,为区内浅层地热能资源开发利用项目建设提供设计依据,但未考虑地下水渗流场影响,且样本数量少,其成果供同仁参考。     

一种物性参数可控的人造长岩心制作技术与影响因素分析

在天然气水合物等非常规能源勘探过程中,获取不同地层和不同岩性的完整天然岩心不仅存在一定的技术难题,同时还需要较高的经济成本。因此,利用人造岩心模拟已知物性参数的原位地层来替代天然岩心已成为非常规能源领域内的一种研究趋势。针对现有人造岩心技术存在的长度较小、难以满足特殊实验需求,长岩心均匀压实较难以及对原位地层物性参数模拟的准确性不足等问题,研发了一种人造长岩心制作仪器与工艺。根据均匀性试验和正交试验等测试结果,得出一种可靠的均匀人造长岩心制作方法,提出了一种准确模拟目标地层物性参数的试验思路,同时从微观角度分析了多种因素对岩心物性参数的影响机理,并量化研究了多因素及交互作用对岩心渗透率的影响规律。研究结果表明,研发出的岩心制作仪器与工艺的可靠性与可重复性较高,所制岩心均匀密实。密度、渗透率和孔隙度随长度的变化均控制在3.3%以内,且可制作物性参数分段差异的岩心,既简单实用又成本低廉,而且,该人造岩心制作方法能准确模拟冻土区水合物地层的孔隙度和渗透率,孔隙尺寸空间分布也与天然岩心较为相近,仿真程度较高。     

沈阳市典型岩土体组合热响应试验及结果分析

岩土热物性参数是地层热响应特征的直接表征,也是地埋管地源热泵系统设计主要影响因素.热响应试验是获取岩土热物性参数的重要手段之一.针对沈阳市不同地貌单元,选择3种典型岩土体组合地段开展5组热响应试验,综合研究分析了沈阳市典型岩土体组合的综合热响应特征,包括地层初始温度、地层综合导热系数及地层的地温恢复时间,提出了沈阳市西部地区可优先发展地埋管地源热泵系统.这些结果将为沈阳市地埋管地源热泵系统的规划部署及工程的开发利用提供借鉴.     

地源热泵设计参数原位热响应测试的方法及实验

以电加热器作为热源的热响应测试仪,仅能进行夏季制冷工况测试,参数设定以经验为主。应用了以热泵作为冷/热源、可测试冬季供暖工况的原位热响应测试仪进行测试实验,结果表明:热泵输出功率稳定,测试功率在夏季制冷工况和冬季供暖工况宜分别设为40～60 W/m和35～45 W/m;热响应测试时间不宜少于48 h,若模型精度要求高于2.5%,需根据地层情况适当延长测试时间;野外测试的冬季供暖工况下热交换孔的热阻为0.08(m.℃)/W,100 m深度内岩土体的综合导热系数为1.67 W/(m.℃)。测试结果可满足地源热泵系统设计要求。     

浅层岩土室内、外热物性测试的相关性

对于浅层岩土热物性参数测试中常用的实验室和现场热响应试验方法,结合上海某工程的实际情况,提出一种基于室内试验的岩土综合热物性参数确定方法。首先,根据室内、外试验测试结果的差异,选取地层厚度、含水率、密度及渗透系数作为影响二者热物性参数测试差异的主要因素,使用层次分析法确定各影响因素的权值,并按权值大小修正室内热物性参数测试结果。然后,分别模拟室外现场热响应试验和修正后的室内热物性参数以及实际地层的传热过程,得出三者在热量传导能力之间的差距分别为1.2%、1.1%及2.3%。最后,提出埋管深度和导热系数的乘积可代表岩土层的换热能力,且计算出修正后的室内热物性参数对应的均一导热系数与现场热响应试验测出的综合导热系数分别为1.832 W/(m·℃)和1.778 W/(m·℃)。     

地源热泵技术研究新进展

简要介绍十二五期间地源热泵技术的部分研究进展,包括采用分布式光纤测温系统测温、利用柱模型计算测试结果、可得到厚度大于0.25 m地层热物性参数的新型岩土热物性测试的研发,单井循环换热地能采集井示范研究与技术规范编制;单井循环换热地能采集井模型研究及地温场预测评价;智慧能源管理系统平台软件(High Efficient智能能源管理系统)的研发等。     

密度孔压静力触探的测试理论和工程应用综述

孔压静力触探试验(CPTU)是目前使用最为广泛的原位测试方法之一,但CPTU不能原位测量土体最基本的指标——密度。密度孔压静力触探试验(DCPTU)是把核子密度仪结合到孔压静力触探系统中,贯入过程中可以同时测量锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力和密度的一种新型原位测试方法。本文首先介绍了DCPTU的试验装置和密度测试理论;然后通过与室内试验结果对比评价了利用DCPTU测量砂土、黏土、填土地层以及海底淤泥的密度的可靠性,分析了非均质地层中DCPTU测量密度与真实密度的区别、并提出了真实密度剖面的推求方法;然后综述了DCPTU在判别软弱夹层、评价砂土的液化势、检验地基处理效果、检测块状填土中的空隙、调查浮泥层的厚度和密度分布等方面的工程应用;最后展望了DCPTU在工程勘察中的发展趋势和应用前景。     

基于地基现场横波波速测试评判建筑场地类别的研究

工程场地纵、横波波速测试是近年来在工程勘察中取得一定效果的原位测试方法之一。以工程实例为依据,结合新型XG-1型悬挂式单孔波速测井仪测试结果,说明了横波波速可以确定场地土类型、判定建筑场地类别、估算场地卓越周期、评价岩(土)体质量,为场地工程地质评价和工程设计提供科学依据。     

In-situ testing of Singapore marine clay at Changi

The Changi East Reclamation Project in the Republic of Singapore comprises of the ground improvement of marine clay with the installation of prefabricated vertical drains and subsequent surcharge placement. Prior to the commencement of land reclamation works, a series of in-situ tests were conducted in marine conditions with the use of various in-situ testing equipment. The In-Situ Testing Site was located in the Northern area of the project where the thickest compressible marine clay layers existed. The in-situ tests carried out were with the field vane, piezocone, flat dilatometer, self-boring pressuremeter and BAT permeameter. In-situ tests were conducted to determine the undrained shear strength and overconsolidation ratio of the marine clay. In-situ dissipation tests provide a means of evaluating the in-situ coefficient of horizontal consolidation and horizontal hydraulic conductivity of soft soil and were used to estimate these properties of Singapore marine clay at Changi.     

青藏高原北麓河地区原状多年冻土导热系数的试验研究

取自青藏高原北麓河试验段的原状冻土, 利用 QL-30 热物性分析仪测定原状冻土的导热系数. 结果表明: 原状冻土和重塑土的导热系数变化规律存在着较大差别. 对于浅部冻土层, 气体体积含量和含冰量是影响原状冻土导热系数的控制因素; 而对于地下冰层, 冰是控制其导热系数的最重要因素, 气体体积含量的大小也对其导热系数有影响. 对于深部强 全风化泥岩, 气体体积含量控制着它的导热系数的大小.     

基于现场液化试验的饱和砂土孔压增量计算模型

采用现场液化试验,研究水平场地孔压增长模式,提出孔压增量计算模型。通过不同密实度砂土的液化试验,以加速度、埋深、砂土密实度等现场参数为指标构建孔压增量模型,发现现场和室内试验孔压增长模式的区别和联系,并验证该孔压模型的可靠性。研究结果表明：等幅循环荷载下,与现有动三轴等土单元试验的孔压增量随作用次数一直呈单调递减模式不同,现场试验孔压增量随作用次数呈现出先增大后减小的规律,中间存在阈值;通过参数分析和试验实例验证,构建的孔压增量计算模型,可更方便地用于随机荷载下水平场地的饱和砂土孔压计算。     

潍坊市浅层地热能利用的岩土原位热传导试验

鉴于地下岩土的复杂性和多样性,在确定地下岩土热物性参数时宜尽量采用现场测试的方法.现场原位热传导试验是实施地源热泵工程的关键环节,是合理开发浅层地热能的基础.本文介绍了现场原位热传导试验的原理和方法,并以潍坊城区的实际工程为例,获得了当地土壤原始温度、导热系数及地下换热量参考值,可为设计人员结合建筑结构、空调负荷特点等优化她源热泵工程提供基础数据.     

手持式X射线荧光光谱仪在富钴结壳资源勘查中的应用

便携式X射线荧光光谱仪具有快速、无损分析的特点,本文重点研究了手持式X射线荧光光谱仪在富钴结壳碎块和浅钻岩心野外现场原位分析中的应用能力。采用压片法制样,以富钴结壳国家标准物质(GBW 07337~GBW 07339)和多金属结核国家标准物质(GBW 07249、GBW 07295和GBW 07296)作为校准样品,建立了手持式X射线荧光光谱仪测定富钴结壳样品的校准曲线。方法经国家标准物质GBW 07339验证,元素Mn、Fe、Co、Ni和Cu的精密度(RSD)在0.3%~3.0%之间,满足富钴结壳样品现场分析的要求。在海上资源勘查现场,应用手持式X射线荧光光谱仪对富钴结壳碎块和浅钻岩心原样进行了现场原位分析。富钴结壳碎块原样烘干后直接测试分析数据与实验室压片制样XRF分析数据对比表明,Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素的测定值一致性良好;浅钻岩心的原位分析数据与实验室人工分层分析数据对比表明,各层位Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素直接测试数据与实验室压片制样XRF分析数据分布趋势基本一致。实际应用研究表明,手持式X射线荧光光谱仪适合于现场原位分析,满足野外富钴结壳资源快速评价的要求,同时原位分析能更真实地反映原始富钴结壳岩心不同层位中各元素的变化特征,为进一步研究富钴结壳成矿机制提供更丰富的数据资料。     

行星地质工程原位测试方法

作为行星地质学与行星工程学的交叉学科,行星地质工程学科直接支撑行星探测、行星科研站与基地建设、行星资源开发与未来人类移居,相关研究已迫在眉睫。与地球相比,行星地质体在物质、结构与环境3个方面存在较大差异,决定着行星地质体工程特性与地球具有很大的差别,开展行星地质工程原位测试是准确获取行星地质体工程特性的最直接方式。文章把月球探测和火星探测任务中地质工程原位测试方法分为5类:触探试验、铲斗试验、钻探试验、地球物理探测和摄影测量,分别分析了各类原位测试方法的原理与科学载荷,对比各种方法中不同测试仪器的差异;利用月球工程特性原位测试结果梳理总结了月壤工程特性,包括粒度分布、密度、孔隙比、抗剪性、压缩性和承载力,分析了月壤和火壤工程特性的变化规律,并指出了与地球土壤物理力学特性的差异;未来应以行星探测任务为载体,结合地面低重力模拟测试平台和物理力学本构理论研究,研制小型轻量、自动智能的工程特性原位测试科学载荷,获取更加准确的行星土壤和岩石的工程特性参数,支撑月球科研站、基地建设和火星取样返回等深空探测任务。     

南通主城区浅层地温能赋存特征

通过对地质、钻探、岩土体热物性参数测试等资料的研究,结合勘查技术方法和对已有资料的二次开发,基本查明了南通地区浅层地温能赋存条件和岩土体的热物理参数变化规律。借助多元统计分析软件SPSS和办公软件Excel,采用数理统计方法对岩土体热物性参数的变化进行分析。结果表明,区内第四系松散岩土体的热导率变化受岩性及物理性质影响大,与深度关系不大。研究成果可作为开展浅层地温能资源评价和开发利用适宜性分区的依据。