[發(fā)明專利]土壤孔隙水密度的獲取方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010790712.3
• 申請(qǐng)日: 2020-08-07
• 公開（公告）號(hào): CN111999211A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張超;陳仁朋;邱澤敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N9/02
• 分類號(hào): G01N9/02
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 黃志興

本發(fā)明公開一種土壤孔隙水密度的獲取方法，包括如下步驟：S1、選取若干組土樣烘干至完全干燥，測(cè)量并記錄各干燥土樣質(zhì)量；S2、將各干燥土樣分別放入氦氣比重計(jì)中，測(cè)量并記錄各干燥土樣體積；S3、將各干燥土樣放入對(duì)應(yīng)的濕度控制瓶中，以能夠得到達(dá)到指定熱力學(xué)平衡狀態(tài)的潤(rùn)濕土樣；S4、將各潤(rùn)濕土樣移出對(duì)應(yīng)的濕度控制瓶，測(cè)量并記錄各潤(rùn)濕土樣質(zhì)量；S5、將各潤(rùn)濕土樣分別放入氦氣比重計(jì)中，測(cè)量并記錄各潤(rùn)濕土樣體積；S6、根據(jù)以下公式計(jì)算土壤孔隙水密度：式中，i為第i組土樣，M_tw為潤(rùn)濕土樣質(zhì)量，M_td為干燥土樣質(zhì)量，V_tw為潤(rùn)濕土樣體積，V_td為干燥土樣體積。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確測(cè)定土壤特別是黏性土孔隙水密度的方法，是研究特殊土力學(xué)行為的基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土工程技術(shù)，具體地，涉及一種土壤孔隙水密度的獲取方法。

背景技術(shù)

土壤中孔隙水包括吸附水和毛細(xì)水，吸附水是由于土水之間的范德華力、電場(chǎng)力等物理化學(xué)力的作用緊緊吸附在土顆粒表面的薄膜狀水層，由于吸附作用，該薄膜狀水層中的水分子相互擠壓，致使該區(qū)域水密度大于自由水密度，隨著離土顆粒表面越遠(yuǎn)，這種吸附作用會(huì)逐漸減弱；毛細(xì)水是指在土顆粒形成的毛細(xì)孔隙中，由于毛細(xì)作用吸附而儲(chǔ)存在土壤中的水，產(chǎn)生了負(fù)的孔隙水壓，水分子的間距變大，致使該區(qū)域水密度小于自由水密度。土壤孔隙水密度是表征多種土的基本特性參數(shù)(例如體積水含量、比表面積、孔隙水壓力和基質(zhì)勢(shì)等)的基礎(chǔ)。但是，土壤中孔隙涉及眾多納米級(jí)孔徑，現(xiàn)有技術(shù)難以探測(cè)納米孔中物質(zhì)的體積或密度，不能得到土壤孔隙水準(zhǔn)確密度，目前仍缺乏能夠準(zhǔn)確測(cè)定不同含水量下土壤孔隙水密度的技術(shù)。

因此，需要設(shè)計(jì)一種新的土壤孔隙水的密度的獲取方法，以能夠解決上述技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種土壤孔隙水密度的獲取方法，該土壤孔隙水密度的獲取方法能夠準(zhǔn)確測(cè)定土壤特別是黏性土孔隙水密度的方法，是研究特殊土力學(xué)行為的基礎(chǔ)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種土壤孔隙水密度的獲取方法，其中，包括如下步驟：S1、選取若干組土樣烘干至完全干燥，測(cè)量并記錄各干燥土樣的質(zhì)量；S2、將各所述干燥土樣分別放入氦氣比重計(jì)中，測(cè)量并記錄各所述干燥土樣的體積；S3、將各所述干燥土樣放入對(duì)應(yīng)的濕度控制瓶中，以能夠得到達(dá)到指定熱力學(xué)平衡狀態(tài)的潤(rùn)濕土樣；S4、將各所述潤(rùn)濕土樣移出對(duì)應(yīng)的所述濕度控制瓶，測(cè)量并記錄各所述潤(rùn)濕土樣的質(zhì)量；S5、將各所述潤(rùn)濕土樣分別放入所述氦氣比重計(jì)中，測(cè)量并記錄各所述潤(rùn)濕土樣的體積；S6、根據(jù)以下公式計(jì)算土壤孔隙水的密度：

式中，i為第i組土樣，M_tw為所述潤(rùn)濕土樣的質(zhì)量，M_td為所述干燥土樣的質(zhì)量，V_tw為所述潤(rùn)濕土樣的體積，V_td為所述干燥土樣的體積。

典型地，所述氦氣比重計(jì)包括樣本室和參照室，所述樣本室與所述參照室之間管路上設(shè)置有壓力檢測(cè)裝置和氣閥。

優(yōu)選地，在步驟S2中，將各所述干燥土樣分別放入所述氦氣比重計(jì)的樣本室中，關(guān)閉所述氣閥，調(diào)整所述樣本室內(nèi)的氣壓P₁，此時(shí)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的氣體狀態(tài)方程為P₁(V_c－V_td)＝nRT；打開所述氣閥，待氣流穩(wěn)定后，讀取氣壓P₂，此時(shí)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的氣體狀態(tài)方程為P₂(V_c－V_td+V_r)＝nRT；通過兩個(gè)氣體狀態(tài)方程計(jì)算得到所述干燥土樣的體積；式中，V_c為樣本室的體積，V_r為參照室的體積，V_td為所述干燥土樣的體積，n為氣體的物質(zhì)的量，R為氣體常量，T為系統(tǒng)溫度。