(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211025426.3 (22)申请日 2022.08.25 (71)申请人 中国科学院武汉岩土力学研究所 地址 430071 湖北省武汉市武昌区八一路 小洪山 (72)发明人 彭赟　胡明鉴　王斐　王志兵　 王雪晴　阿颖　霍玉龙　呼义乐　 (74)专利代理 机构 武汉宇晨专利事务所(普通 合伙) 42001 专利代理师 黄瑞棠 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G01N 25/20(2006.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 珊瑚细砂热物理参数简化预测模型及其试 验装置和方法 (57)摘要 本发明公开了一种珊瑚细砂热物理参数简 化预测模型及其试验装置和方法， 属于土木、 岩 土工程中砂土热物理参数研究技术领域。 珊瑚 细 砂热物理参数简化预测模 型包括： 1)适用于珊瑚 细砂的导热系数简化预测模型k； 2)适用于珊瑚 细砂的体积比热容简化预测模型c； 3)适用于珊 瑚细砂的体积比热容简化预测模型D。 本发明具 有下列的优点和积极效果： ①可以设置雨强及干 密度多个变量， 能全面地对雨水入渗特性及热物 理规律进行研究； ②操作简单， 不需要太多繁琐 步骤；③适用于雨水入渗导致珊瑚细砂不同层位 导热性能变化规律的相关试验； ④对中国南海岛 礁隔热、 控温工程设计以及珊瑚细砂热物理特性 研究有着重要的意 义。 权利要求书2页 说明书9页 附图2页 CN 115408846 A 2022.11.29 CN 115408846 A 1.珊瑚细 砂热物理参数简化预测模型， 其特 征在于： 适用于常温下； 1)基于Gan gadhara Rao导热系数模型， 通过试验实测校核和线性修正提出一种适用于 珊瑚细砂的导热系数简化预测模型： 公式(1)式中： ρd为干密度(g/cm3)； ω为含水率(％)； 待定系数b＝53.75 ‑127.462ρd+ 100.857ρd2‑26.667ρd3； 2)选取De  Vries模型进行体积比热容预测分析， 通过试验实测校核和线性修正提出适 用于珊瑚细砂的体积比热容简化预测模型： c＝0.22199+0.70217 ×( ρbcs+ρωcωθ )  (2) 公式(2)中： ρb为土壤体积质量(kg/m3)； cs为质量热容(珊瑚礁砂质量比热容： 0.793kJ/ (kg·K))； ρωcω为常温下水的热容量(4.18MJ/(m3·K))； θ为土壤体积含水率(m3/m3)， ρω为 水的密度(10 00kg/m3)； 3)选取Baoming  Dai模型进行热扩散系数预测 分析， 通过试验实测校核和相关参数拟 合提出适用于 珊瑚细砂的体积比热容简化预测模型： D＝aρd+bρd2‑21.405ρd3+5.46ρd4+c  (3) 公式(3)中： ρd为干密度(kg/m3)， a、 b、 c均为拟合相关参数， 珊瑚细砂二元拟 合相关参数 取值下： a＝‑13.894+681.241ω2‑1313.908ω3 b＝28.658‑275.765ω2 ω为质量含水率(％)， ρd为干密度(kg/m3)。 2.基于权利要求1所述的珊瑚细 砂热物理参数简化预测模型的试验 装置， 其特 征在于： 包括珊瑚礁砂(0 0)； 设置有模拟单 元(10)和采集单 元(20)； 模拟单元(10)由降雨装置(1 1)和砂箱(12)组成； 采集单元(20)由三 参数传感器(21)、 数据采集器(2 2)和电脑(23)组成； 其位置和连接关系是： 在砂箱(12)内的底部装有珊瑚礁砂(00)， 在砂箱(12)的顶部装有降雨装置(11)， 置于 支架上； 三参数传感器(21插)入珊瑚礁砂(0 0)中， 监测体积含水率和温度的变化； 三参数传感器(21)、 数据采集器(2 2)和电脑(23)依次连接， 实现自动测量。 3.按权利要求1或2的珊瑚细 砂热物理参数 预测方法， 其特 征在于包括下列步骤：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115408846 A 2①将装置放置在水平地 面上， 检查各部件功能均能正常工作； ②将提前配好的珊瑚细 砂放入砂箱中压实； ③从砂箱顶端注水令水位逐渐缓慢升高， 使得砂箱内珊瑚礁砂充分饱水； ④将土壤三 参数传感器从砂箱 右侧插入珊瑚细 砂； ⑤打开砂箱的出 水阀， 监测温度及含水率变化情况； ⑥关闭降雨装置， 记录实验数据并采用珊瑚细 砂热物理参数简化预测模型计算 参数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115408846 A 3