王 炎 白 莉

(吉林建筑大学市政与环境工程学院,长春 130118)

1 研究现状

图1 热探法测定导热系数系统图

土壤是一种典型的多相系多孔介质,它主要是由岩石风化而成的矿物质、动植物残体腐解产生的有机质、土壤生物以及水分、空气等组成.季节的更替和降雨等天气的变化都会引起地下水位的变化,从而导致土壤的含水率和孔隙率发生变化,土壤的导热系数也会发生改变[1],因此，应该对含水土壤导热系数进行探索研究.

在以往的研究中,有的研究者利用热探针法测定浅层土壤导热系数[2],热探针结构如图1所示.这种现场测试的方法比较准确,但是会增加工程的初投资;有的研究者假定土壤为均匀一致,各相同性的半无限大物体,忽略水分迁移引起的热湿变化,认为土壤的导热系数是一个定值,取值为1.2W/(m.k)～1.5 W/(m.k);还有的研究者假定土壤中固体组分和流体组分之间不存在热交换,只是单纯的考虑土壤孔隙率对导热系数的影响,利用公式(1)计算导热系数[3]:

λ=ελf+(1-ε)λs

(1)

式中,λf和λs分别为土壤中水分和未冻结状态下固体土壤的导热系数;ε为土壤的孔隙率.

由于土壤结构相对复杂,土壤中热量传递会伴随着水分迁移和热湿交换,即土壤导热系数与土壤类型、孔隙率及土壤含水率有关.为了使计算得到的土壤导热系数更加精确,在计算中必须考虑到上述因素.

2 两种经验公式计算土壤导热系数

2.1 Johansen O.半经验公式

Johansen O.在1975年提出了“标准化”导热系数的概念,提出了较为……