[發(fā)明專利]一種低含水量致密巖土介質的孔隙水壓力測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710464892.4
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107179393B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 韋昌富;馬田田
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉杰

本發(fā)明涉及一種低含水量致密巖土介質的孔隙水壓力測試方法包括：測量低含水量的巖土樣品的相對濕度，根據化學勢平衡原理確定第一平衡公式；根據第一表達式及當前狀態(tài)的真實孔隙水壓力與測量的孔隙水壓力的關系確定第二表達式；將巖土樣品中的孔隙水移出成為平衡溶液，測量平衡溶液的相對濕度，根據化學勢平衡原理確定第二平衡公式；將第二表達式與第三表達式合并計算出測量的孔隙水壓力。該孔隙水壓力測試方法操作方法簡單有效，能夠在較短的時間內精確地獲得低含水量的巖土介質的孔隙水壓力。

技術領域

本發(fā)明涉及土工試驗技術領域，特別涉及一種低含水量致密巖土介質的孔隙水壓力測試方法。

背景技術

在廣大的干旱和半干旱地區(qū)，大部分都是非飽和土，并且大量的地質災害和非飽和土有關。與飽和土不同，非飽和土是三相多孔介質，包含固相、氣相和液相。由于氣相的存在，使得非飽和土中的孔隙水壓為負值。

當含水量較高時，采用張力計法來測量非飽和土中的負孔壓。隨著含水量的進一步降低，孔隙水壓力變得越來越負。此時土體中水分處于吸附狀態(tài)，無法使得測量儀器與土樣中的水連通。在這種狀態(tài)下，張力計已經不再適用，只能通過間接方法來獲得。一般最常用的是采用相對濕度法來間接獲得土體中的孔隙水壓力，這種方法是通過化學勢平衡原理測量的，即測試系統(tǒng)和土體中各點的水勢能相等。也就是說，將測量的相對濕度轉換成土壤的孔隙水壓力。而這種方法忽略了孔隙溶液的濃度引起的化學勢降低，即相對濕度的改變。將測量到的總勢能認為是土壤的孔隙水壓力。

非飽和粘性土是一種典型的多相多組份孔隙介質，其固體骨架及孔隙水溶液一般帶有不同價位的電荷和離子。在人為擾動或自然條件變化下，土體中伴隨著含水量的改變，孔隙溶液的濃度及組份發(fā)生變化。同時由于粘土顆粒表面一般帶有負電荷，由于Donnan效應，土體中的孔隙水溶液和測量系統(tǒng)中平衡溶液的濃度并不相同，同時，平衡溶液的濃度與顆粒表面所帶負電荷的密度有關。通過相對濕度法測量到的孔隙水勢能包含溶液濃度引起的勢能降低，然而傳統(tǒng)方法忽略了溶液濃度，將總勢能等同為測量孔壓，而這是不合適的。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種低含水量致密巖土介質的孔隙水壓力測試方法，解決了或部分解決了現(xiàn)有技術中的孔隙水壓力測量方法忽略了溶液濃度引起的勢能降低，導致孔隙水壓力測試結果不準確的技術問題，實現(xiàn)了操作方法簡單有效，能夠在較短的時間內精確地獲得低含水量的巖土介質的孔隙水壓力的技術效果。

本發(fā)明提供的一種低含水量致密巖土介質的孔隙水壓力測試方法，包括：

測量低含水量的巖土樣品的相對濕度RH，根據化學勢平衡原理確定第一平衡公式；所述第一平衡公式為：

上述三式合并為第一表達式：

其中，為孔隙水對應的氣相中水分子的化學勢；為巖土樣品孔隙水中水的化學勢；為參考狀態(tài)下氣體的化學勢；T為溫度；為參考氣壓力，取值為大氣壓；R為氣體常數；為水分子的摩爾質量；為當前狀態(tài)的氣壓；為參考狀態(tài)下純水的化學勢，與相等；為參考水壓力，取值為大氣壓；p^l為當前狀態(tài)的真實孔隙水壓力；為參考狀態(tài)純水的密度，設定為常數；Ω^l為表面勢能；為孔隙水的活性；所述RH等于

根據所述第一表達式及所述當前狀態(tài)的真實孔隙水壓力與所述測量的孔隙水壓力的關系確定第二表達式；

所述當前狀態(tài)的真實孔隙水壓力與所述測量的孔隙水壓力的關系為：

其中，為測量的孔隙水壓力；

所述第二表達式為：