淺層巖土室內(nèi)、外熱物性測試的相關(guān)性

高 平,張延軍,2,方靜濤,張 慶,李宏偉

1.吉林大學建設(shè)工程學院，長春 130026 2.吉林大學地下水資源與環(huán)境教育部重點實驗室，長春 130021 3.吉林大學資產(chǎn)管理與后勤處，長春 130012

淺層巖土室內(nèi)、外熱物性測試的相關(guān)性

高 平1,張延軍1,2,方靜濤1,張 慶1,李宏偉3

1.吉林大學建設(shè)工程學院，長春 130026 2.吉林大學地下水資源與環(huán)境教育部重點實驗室，長春 130021 3.吉林大學資產(chǎn)管理與后勤處，長春 130012

對于淺層巖土熱物性參數(shù)測試中常用的實驗室和現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗方法，結(jié)合上海某工程的實際情況，提出一種基于室內(nèi)試驗的巖土綜合熱物性參數(shù)確定方法。首先，根據(jù)室內(nèi)、外試驗測試結(jié)果的差異，選取地層厚度、含水率、密度及滲透系數(shù)作為影響二者熱物性參數(shù)測試差異的主要因素，使用層次分析法確定各影響因素的權(quán)值，并按權(quán)值大小修正室內(nèi)熱物性參數(shù)測試結(jié)果。然后，分別模擬室外現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗和修正后的室內(nèi)熱物性參數(shù)以及實際地層的傳熱過程，得出三者在熱量傳導能力之間的差距分別為1.2%、1.1%及2.3%。最后，提出埋管深度和導熱系數(shù)的乘積可代表巖土層的換熱能力，且計算出修正后的室內(nèi)熱物性參數(shù)對應(yīng)的均一導熱系數(shù)與現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗測出的綜合導熱系數(shù)分別為1.832 W/(m·℃)和1.778 W/(m·℃)。

熱物性參數(shù)；測試方法；層次分析法；相關(guān)性

0 引言

準確確定巖土層的熱物性參數(shù)是科學應(yīng)用地源熱泵技術(shù)的關(guān)鍵之一，通過測定熱物性參數(shù)以確定其熱交換能力。主要的熱物性參數(shù)包括導熱系數(shù)、比熱容和熱擴散系數(shù)等，其中導熱系數(shù)是衡量換熱能力的關(guān)鍵參數(shù)。目前，熱物性參數(shù)的測試主要有2種方法：實驗室測試法和現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗法[1-2]。實驗室測試法主要包括穩(wěn)態(tài)熱流法和非穩(wěn)態(tài)熱流法；現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗法是地源熱泵領(lǐng)域廣泛采用的一種測試巖土熱物性參數(shù)的原位方法。然而，實驗室測試不論是哪一種方法都存在明顯的局限性，因為采集的巖土試樣只能是局部深度的代表樣品，其結(jié)構(gòu)、含水量以及地下水流動對其導熱的影響等均發(fā)生了變化，所測試的結(jié)果不能完全反映巖土層的換熱能力?，F(xiàn)場熱響應(yīng)試驗是測試換熱深度內(nèi)整體巖土層熱物性參數(shù)的平均值，它能夠較真實地模擬地源熱泵的實際運行情況[3]，測出的實驗數(shù)據(jù)可以作為實際系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)，故利用該方法測試地下巖土體的熱物性參數(shù)是進行換熱器設(shè)計的最佳選擇。不過，現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗也受許多因素的影響，如試驗周期、供電穩(wěn)定性、熱損失或熱增益等[4]。

以往的研究主要是針對現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗，如：于明志等[5]、管昌生等[6]對試驗中用到的理論模型進行了研究；國內(nèi)外研究人員考慮不同的影響因素，對現(xiàn)場測試儀器進行了改進和研發(fā)[1,7-9]；Lim等[10]、管昌生等[11]、胡平放等[3]對測試結(jié)果進行了不確定分析；Signorelli等[12]、Wanger等[13]對現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗進行過分析評價。然而，很少有針對實驗室測試法測出的熱物性參數(shù)的研究，僅有少數(shù)研究者指出其與現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗測出的熱物性參數(shù)的差異及未考慮的因素[2,8,12,14-15]，對2種室內(nèi)外熱物性參數(shù)測試方法之間相關(guān)性的研究更少。

筆者結(jié)合上海地區(qū)某地塊的熱物性試驗，深入分析研究在實驗室中測試的熱物性參數(shù)結(jié)果與現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗結(jié)果的區(qū)別。比較2種測試方法，分析實驗室測試法中沒有考慮的因素，而后選取影響熱物性參數(shù)的主要因素。利用層次分析法[16]確定各個影響因素的權(quán)重，然后，按權(quán)值大小修正實驗室測出的熱物性參數(shù)，則變化后的數(shù)值能反映研究區(qū)地下巖土層的熱傳導能力。最后，利用課題組研發(fā)的地源熱泵模擬程序模擬修正后的實驗室測試的熱物性參數(shù)與現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗測出的數(shù)值，驗證二者在計算巖土體熱量傳導能力方面的作用基本相同，以說明該方法的適用性，并進一步與地埋管換熱器的實際傳熱過程進行對比。通過對2種試驗方法之間相關(guān)性的研究，可以更好地利用室內(nèi)熱物性參數(shù)，為地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計提供數(shù)據(jù)參考，其對室外現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗也是一種補充，進而可以部分替代熱響應(yīng)試驗。

1 基本原理

一般來說，在取巖土樣品的過程中，其結(jié)構(gòu)、含水量等總會受到影響，使導熱系數(shù)與實際情況總是有較大的出入，故在地源熱泵設(shè)計中基本采用現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗的結(jié)果。根據(jù)這些情況，筆者提出一種方法：考慮主要影響因素，采用層次分析法修正室內(nèi)測出的數(shù)據(jù)，反演導熱系數(shù)，可以取得與現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗相近的測試結(jié)果。

每個影響熱物性參數(shù)的因素對其影響程度均不同，如：比熱容對導熱系數(shù)造成的誤差很小[17],但隨著含水率、密度的逐漸增大，其對導熱系數(shù)的影響卻逐漸變大;而密度與孔隙率密切相關(guān)，但影響卻與之相反[18-19]；地下水滲流對導熱系數(shù)的影響更明顯[14,20-23]。結(jié)合以往的研究成果，本文的研究思路如下：

1)不同地層的厚度、含水率、密度及滲透系數(shù)作為影響室內(nèi)外試驗熱物性參數(shù)差異的主要因素；

2)開展詳盡的野外勘探、現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗及室內(nèi)測試，取得準確的巖土熱物性參數(shù)、物理參數(shù)及巖性資料；

3)采用層次分析法建立導熱系數(shù)的層次結(jié)構(gòu)模型，確定影響因素的權(quán)重值；

4)利用熱傳導模型和滲流模型模擬修正前后的導熱系數(shù)及實際情況下的地下巖土層的換熱能力，以驗證本文提出方法的可行性。

1.1 層次分析法

運用層次分析法進行導熱系數(shù)影響因素權(quán)重分析可分為3個階段[24]。首先，采用Saaty[16]建議的1-9標度法構(gòu)造出n×n階的判斷矩陣A：

(1)

式中：aij為因素i相對于因素j的重要程度。

然后，分別計算因素權(quán)向量ω、最大特征值λmax和隨機一致性比率CR：

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：ωi為因素權(quán)重值；n為矩陣階數(shù)；CI為一致性指標；RI為平均隨機一致性指標，見表1。

表1 平均隨機一致性指標

最后，通過式(6)、(7)計算層次總排序及對應(yīng)的一致性比率。

(6)

(7)

對于計算出的權(quán)值，采用熱傳導模型模擬現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗和修正前后的室內(nèi)實驗的熱物性參數(shù)。

1.2 傳熱數(shù)學模型

為了模擬地下?lián)Q熱器在巖土層中的實際傳熱過程，必須建立完備的地埋管傳熱數(shù)學模型。其中，熱質(zhì)運移的對流-彌散傳熱過程，類似溶質(zhì)的運移機理，并可以借助達西定律、質(zhì)量守恒原理及多孔介質(zhì)理論。該過程涉及到傳熱傳質(zhì)多種因素，要建立完備的耦合理論模型是相當困難的，故需要做很多的簡化來建立理論模型進行數(shù)值求解。

熱質(zhì)運移方程如下：

(8)

式中：ε為含水層介質(zhì)有效孔隙度；ρf為流體密度，kg/m3；cf為流體比熱容，J/(kg·℃)；cs為孔隙介質(zhì)比熱容，J/(kg·℃)；ρs為孔隙介質(zhì)密度，kg/m3；λf為流體熱導率，W/(m·℃)；λs為孔隙介質(zhì)導熱系數(shù)，W/(m·℃)；DH為熱動力彌散系數(shù)張量，W/(m·℃)；T為單元體內(nèi)兩相介質(zhì)的溫度，℃；I為3階單位矩陣；ρ*為流體源項密度，kg/m3；T*為流體源項的溫度，℃；q為流體源匯項強度，流入為正，流出為負，m3/(m3·s)；v為流體速度向量，m/s；qH為熱源強度，W/m3。

地下水流動的偏微分方程為

(9)

式中：p為流體的壓力，Pa；k為多孔介質(zhì)的滲透率張量，m2；μ為動力黏滯系數(shù)，kg/(m·s)；g為重力加速度，m/s2；t為時間，s。

2 工程實例驗證

2.1 工程概況

上海某工程的用地面積為50 578 m2，總建筑面積約122 988 m2，其中，地上建筑面積約615 93 m2，地下建筑面積約613 95 m2。

為了應(yīng)用地源熱泵技術(shù)，在該地區(qū)進行了巖土熱物性測試，包括3個孔，共計6個工況的現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗測試，以及1#孔的15個原狀巖土樣品的室內(nèi)熱物性測試。現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗結(jié)果如表2所示。

根據(jù)野外鉆探結(jié)果，該地區(qū)自然地面以下100 m深度范圍內(nèi)所揭示的地基土主要以黏土、粉土及砂土為主。參考鉆孔巖性資料，將該研究區(qū)100 m深度范圍內(nèi)的地基土從上到下概化為淤泥質(zhì)黏土(15 m)、粉質(zhì)黏土(15 m)、黏土(30 m)及砂土(40 m)4種類型。另外，研究區(qū)內(nèi)揭示有潛水含水層及承壓含水層，地下水流速一般為1.2～1.5 cm/d，同時受場地周邊降水、排水等因素的影響。

2.2 層次分析法確定權(quán)重

2.2.1 建立導熱系數(shù)分析的遞階層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)影響導熱系數(shù)的主要因素，結(jié)合上海某地區(qū)的地質(zhì)條件和測試結(jié)果，組成導熱系數(shù)的主要地層類型為淤泥質(zhì)黏土、黏土、粉質(zhì)黏土以及砂土，而影響各類型土導熱系數(shù)差別的主要因素為地層厚度、含水率、地層密度及滲透系數(shù),則導熱系數(shù)分析的遞階層次結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

2.2.2 構(gòu)造判斷矩陣及確定權(quán)重并進行一致性檢驗

對準則層的因素兩兩比較，并咨詢相關(guān)專家的意見及參考以往研究成果，綜合分析各種情況確定目標層對準則層影響因素的導熱系數(shù)判斷矩陣A：

(10)

圖1 導熱系數(shù)分析的遞階層次結(jié)構(gòu)模型Fig.1 Hierarchical structure model of thermal conductivity analysis

根據(jù)式(2)計算土層的厚度、土的含水率、密度及滲透率的權(quán)重值分別為0.470 8、0.171 5、0.073 6及0.284 1。

根據(jù)式(10)求得最大特征值以及偏離一致性指標，代入式(5)可得隨機一致性比例：

CR=0.02<0.10 。

因此，判斷矩陣A滿足一致性要求。

同理，可以構(gòu)造準則層對方案層的判斷矩陣，并計算權(quán)重且進行一致性檢驗，得出各個判斷矩陣的權(quán)重值，見表3。最后根據(jù)綜合權(quán)重的計算公式(6)，得出各類型土在影響導熱系數(shù)方面所占的比例，這些判斷矩陣均經(jīng)過檢驗，滿足一致性要求。淤泥質(zhì)黏土、黏土、粉質(zhì)黏土及砂土的綜合權(quán)重值分別為0.183 5、0.226 6、0.183 7及0.406 2?？梢钥闯?，權(quán)重值最大的是砂土，而淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土的權(quán)重值基本相同，黏土的權(quán)重值比二者稍大。這是因為砂土的孔隙連通性較好，滲透性強，有利于熱量的傳遞，而其他3種土雖然孔隙比較大，但是孔隙的連通性較差，不利于熱量的傳遞。

表3 各影響因素判斷矩陣的權(quán)重值

Table 3 Weighted values of every influencing factor judgment matrixes

判斷矩陣ω1ω2ω3ω4土層的厚度0.14120.26530.14120.4545土的含水率0.46580.27710.16110.0960土的密度0.14110.14110.26310.4547土的滲透率0.09410.15780.24710.5010

2.3 模型驗證

研究區(qū)的巖土層較穩(wěn)定，初始溫度平均為17.7 ℃。此次現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗中，3個鉆孔直徑皆為150 mm，鉆孔深度均在100 m左右，分別采用單U及雙U型地埋管，管外徑為32 mm，管內(nèi)徑為26 mm。將各個巖土層的熱物性參數(shù)進行均一化并根據(jù)上述計算出的權(quán)重值，計算修正后的室內(nèi)測出的導熱系數(shù)和熱擴散率，見表4。

為了驗證計算出的權(quán)重值的正確性，根據(jù)工程的實際情況，在不影響模擬精度和能得出相對準確模擬結(jié)果的情況下，建立U型地埋管換熱器的數(shù)值模型，來模擬權(quán)重修正后的室內(nèi)測出的導熱系數(shù)與現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗的在地下巖土層中的熱傳導能力，具體的模型建立如下。

1)數(shù)值模型：模型示意圖如圖2所示，寬度為5 m，深度為100 m，從上到下依次分為淤泥質(zhì)黏土層(15 m)、粉質(zhì)黏土層(15 m)、黏土層(30 m)及砂土層(40 m)。

2)初始條件：初始溫度為17.7 ℃，不考慮季節(jié)變化的影響。

3)邊界條件：假定四周邊界均為定溫度邊界，上部和底部為隔熱邊界。

4)網(wǎng)格剖分：在本模型中，z方向坐標向下，采用均勻網(wǎng)格的剖分方法。

5)其他設(shè)置：熱源設(shè)置在模擬區(qū)域的中心節(jié)點上，其埋管深度為95 m，模擬夏季連續(xù)運行工況，負荷為3.5 kW；時間總長度為259 200 s，即為3 d。

根據(jù)上述建立的U型地埋管換熱器的數(shù)值模型，分別對現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗和室內(nèi)測出的熱物性參數(shù)及權(quán)值修正后的室內(nèi)熱物性參數(shù)分別進行模擬。在模擬現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗時，采用的是均一土層及現(xiàn)場測出的熱物性參數(shù)，見表2；而在模擬室內(nèi)實驗時的熱物性參數(shù)取上述4種類型土的平均值，見表4。模擬結(jié)果云圖見圖3、圖4。

表4 修正前后室內(nèi)實驗的熱物性參數(shù)

圖2 數(shù)值模型示意圖Fig.2 Diagram of numerical model

從圖3中可以看出，在模擬現(xiàn)場熱響應(yīng)實驗時，熱量沿中心熱源向四周均勻擴散，地下溫度場的分布變化以熱源為中心對稱分布。選取x=2 m截面，如圖中紅線所示，即與中心熱源距離約為0.5 m的截面，在模擬深度范圍內(nèi)，通過該截面的總熱流量Q=1 606.9 J/(m·s)。

a.修正前；b修正后。圖4 室內(nèi)實驗?zāi)M結(jié)果云圖Fig.4 Contour of indoor experiments numerical results

圖3 現(xiàn)場熱響應(yīng)實驗?zāi)M結(jié)果云圖Fig.3 Contour of field thermal response tests numerical results

從圖4a中可以看出，與圖3明顯不同，地下溫度場分為4個部分，這是因為淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、黏土及砂土等4種土的熱物性參數(shù)不同；可以看出，隨著導熱系數(shù)增大，其熱量向四周巖土層傳遞的越多，反之，熱量在熱源附近積累，但每部分溫度場依然以熱源為中心對稱分布，熱量均勻地向四周巖土層擴散。通過上述截面的Q=1 356.4 J/(m·s)，與圖3相差15.6%，這只是該截面的差值，對于整個研究區(qū)，整個熱量差值會更大，說明室內(nèi)測出的巖土熱物性參數(shù)僅能反映一定的熱傳導能力，與實際情況差距較大。

從圖4b可以看出，與圖4a相似，其地下溫度場也分成4部分，在考慮土層厚度、土的含水率、土的密度及土的滲透率等影響因素后，各土層的導熱系數(shù)增大，因此熱量向周圍巖土層傳遞得較多，通過上述截面的Q=1 587.7 J/(m·s)，與圖3僅相差1.2%，即使考慮整個研究區(qū)域，其熱量差值也基本相同，誤差能滿足工程設(shè)計的要求，說明在考慮主要影響因素后，修正后的導熱系數(shù)基本能反映巖土層的換熱能力。

為了模擬地源熱泵的實際傳熱過程，根據(jù)工程的實際情況，建立一個U型地埋管換熱器的數(shù)值模型，模型的建立過程與上面相似。只是考慮地下水滲流的影響，在砂土層位加入了從右向左的地下水流，具體模型示意圖如圖5所示。根據(jù)現(xiàn)場的抽灌水試驗，地下水的滲流速度為1.73×10-7m/s；地下水的平均溫度、導熱系數(shù)、比熱容、黏度及膨脹系數(shù)分別為18.02 ℃、0.6 W/(m·℃)、4.182 kJ/kg、0.001 Pa·s及0.000 2 /℃。而根據(jù)工程的熱物性試驗和土的物理力學性質(zhì)實驗，將各地層的參數(shù)進行平均得到模擬所需的參數(shù)，見表5。

圖5 數(shù)值模型示意圖Fig.5 Diagram of numerical model

根據(jù)上述建立的數(shù)值模型，對地源熱泵的實際傳熱過程進行模擬，得出地下溫度場的變化結(jié)果，地埋管周圍的巖土層溫度場的變化云圖見圖6?？梢钥闯觯荷喜客翆釉跓o地下水流動的影響時，溫度場的分布變化基本上是沿著垂直U型地埋管換熱器對稱分布，這說明地埋管換熱器的傳熱與周圍巖土體的換熱是以U型地埋管為軸線向四周均勻傳熱的；下部砂土層有地下水滲流的存在，溫度場受水流的影響不再以垂直U型地埋管換熱器為中心成對稱分布，而是沿水流方向有所偏移，在地下水滲流的影響下，地層溫度有所降低。與圖3、圖4b類似，該圖通過x=2 m這個截面的Q=1 624.8 J/(m·s)；該截面的熱流量與圖3、圖4b之間的差距分別為1.1%及2.3%，說明三者在地下巖土層熱量傳遞方面的能力相同，進一步驗證了本文修正方法的可行性。

表5 巖土層熱物性參數(shù)

Table 5 Thermal physical parameters of geotechnical layers

土層類型ερ/(kg/m3)λ/(W/(m·℃))a/(10-6m2/s)c/(kJ/m3)淤泥質(zhì)黏土0.5417901.440.4303349粉質(zhì)黏土0.5118301.270.4342926黏土0.4419451.600.4443604砂土0.4020001.720.6412683

注：ρ為密度；c為比熱容；λ為導熱系數(shù)；a為熱擴散率。

圖6 地埋管換熱器周圍溫度場云圖Fig.6 Contour of temperature field around underground heat exchanger

另外，在地源熱泵系統(tǒng)工程設(shè)計中，其所涉及的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)為埋管深度和導熱系數(shù)，二者的乘積可代表其換熱能力。對于現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗而言，K0=Hλ=177.80 W/℃。其中，H為巖土層的總厚度，m。

修正后的室內(nèi)實驗測試的導熱系數(shù)，見表4，為各層的導熱系數(shù)與各層厚度乘積之和。從上面的研究可以得出，該值在理論上應(yīng)該接近現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗結(jié)果，但由于各種地質(zhì)、測試等因素影響，筆者建議再乘以一個系數(shù)(1-η)，其與計算模型概化程度有關(guān)：

(9)

其中：λ*為修正后的均一導熱系數(shù)，W/(m·℃)；h1,…,hn為巖土層中概化后各層的層厚，m；λ1,…,λn為各巖土層對應(yīng)的導熱系數(shù)，W/(m·℃)；η=0.01～0.15為修正系數(shù)，與地基土概化的簡易程度有關(guān)，概化越簡單，其數(shù)值越高。于是，

對應(yīng)的λ*=1.832 W/(m·℃)，與現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗的λ=1.778 W/(m·℃)基本相同，這樣就可以方便用于工程設(shè)計。

3 結(jié)論

1)對比室內(nèi)熱物性測試與現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗之間的差異，并結(jié)合上海某地區(qū)的實際情況，提出影響二者的主要因素為土層厚度、土的含水率、土的密度及土的滲透率。

2)結(jié)合上海地區(qū)某地塊的熱物性試驗，運用層次分析法確定出淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、黏土及砂土對綜合導熱系數(shù)的權(quán)重分別為0.183 5、0.183 7、0.226 6、0.406 2。

3)對現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗及修正后的室內(nèi)熱物性實驗分別進行模擬，得出相同截面的熱量差異僅為1.2%；采用課題組研發(fā)的地源熱泵模擬程序，模擬地源熱泵的實際傳熱情況，得出相同截面的熱流量與現(xiàn)場熱響應(yīng)實驗及修正后的室內(nèi)熱物性實驗之間的差距分別為1.1%及2.3%，說明三者在熱量運移方面的能力基本相同，驗證了本文修正方法的可行性。

4)在地源熱泵工程設(shè)計中，關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)為埋管深度和導熱系數(shù)，其二者的乘積可代表其換熱能力，對于修正后的室內(nèi)熱物性參數(shù)，其乘積為183.24 W/℃，對應(yīng)的均一導熱系數(shù)1.832 W/(m·℃)，與現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗測出的綜合導熱系數(shù)1.778 W/(m·℃)基本相同。

本文提出的方法是對現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗的較好補充，可以在一定程度上代替現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗。但由于該方法的提出基于上海地區(qū)某地塊的熱物性實驗，對于其他地區(qū)的適用性需要做進一步的研究。

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Correlation of Shallow Layer Rock and Soil Thermal Physical Tests in Laboratory and Field

Gao Ping1，Zhang Yanjun1,2，F(xiàn)ang Jingtao1，Zhang Qing1，Li Hongwei3

1.CollegeofConstructionalEngineering，JilinUniversity，Changchun130026，China2.MinistryofEducationKeyLaboratoryofGroundwaterResourcesandEnvironment，JilinUniversity，Changchun130021，China3.AssetManagementandLogisticsDepartment，JilinUniversity，Changchun130012，China

The authors propose a method to determine synthetically geotechnical thermal physical parameters according to laboratory experiments for a certain project in Shanghai. Based on discrepancy of testing results between laboratory and field test，formation thickness，water ratio，density and osmotic coefficient are chosen as primary factors that affect difference of thermal physical parameters between laboratory testing and field testing. And the weighted values of every factor are determined using analytic hierarchy process (AHP)，which are used to modify testing results of thermal physical parameters in laboratory. Furthermore the authors simulate field and modified laboratory thermal physical parameters simulates and practically heat transferring，respectively.It shows that the discrepancy of heat conduction capacity are 1.2%，1.1% and 2.3% for three conditions. The heat transfer capacity can be reoresented by the value of product of pipe depth multiplied by thermal conductivity. Uniform thermal conductivity computed by modified parameters of laboratory is basically equal to comprehensive thermal conductivity tested by field thermal response test，which are 1.832 W/(m·℃) and 1.778 W/(m·℃) respectively.

thermal physical parameters; testing method; analytic hierarchy process; correlation

10.13278/j.cnki.jjuese.201401203.

2013-05-06

國家“863”計劃項目(2012AA052803)；國家自然科學基金項目(40972172,41372239)；高等學校博士學科點專項科研基金項目(20110061110055)

高平(1987-)，男，博士研究生，主要從事巖土熱力學研究，E-mail:gaoping12@mails.jlu.edu.cn

張延軍(1968-)，男，教授，博士生導師，主要從事巖土多場耦合研究，E-mail:zhangyanj@jlu.edu.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201401203

P641.139;TK521

A

高平,張延軍,方靜濤,等.淺層巖土室內(nèi)、外熱物性測試的相關(guān)性.吉林大學學報:地球科學版,2014,44(1):259-267.

Gao Ping，Zhang Yanjun，F(xiàn)ang Jingtao，et al.Correlation of Shallow Layer Rock and Soil Thermal Physical Tests in Laboratory and Field.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(1):259-267.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201401203.