[發明專利]一種基于熱力學平衡的巖土體含水率及含水量測試方法

在審

• 申請號: 202110264034.1
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113030438A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 蘇丹輝;周建偉;鄭曉明;馮海波;陳峰;李冉
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N15/08;G01N25/00;G01D21/02
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本發明提供一種基于熱力學平衡的巖土體含水率及含水量測試方法，主要包括以下步驟：(1)巖土體溫濕度的測試；(2)巖土體孔隙度(裂隙率)的測試；(3)巖土體含水率及含水量的計算。本發明提供的方法借助熱力學平衡下液態水和氣態水的性質可測試計算巖土體內的含水率及含水量。該方法具有操作簡單，測試結果準確，并且能夠將土壤和巖石的測試方法相統一的優點，可廣泛應用于對各巖土體含水率及含水量的測試，對農業種植、礦山復綠、土地復墾時含水率及含水量的準確測定具有重要意義。

技術領域

本發明涉及資源與環境技術領域，尤其涉及一種基于熱力學平衡的巖土體含水率及含水量測試方法。

背景技術

巖土體非飽水帶是固、液、氣三相共存的復雜系統，也是地下水、土壤水和大氣水進行遷移轉化的重要場所，其內部含水狀態在農業、巖土等領域越來越引起重視。長久以來，國內外學者們從多種角度對不同介質巖土體的含水率測試方法進行研究，從最初的烘干稱重法，到目前的中子儀法、介電法、遙感法等方法，測試技術越來越全面，且越來越重視巖土體含水量的原位動態測量。

但是經過分析，已有方法存在以下不足：①更加偏重于土體介質的含水率測試，由于巖體介質與土體介質物理性質存在差異，在進行計算時難以獲取相關參數，計算精度不高；②含水率測試方法偏向于通過某些物理信號或土工實驗反推，在測試過程中均忽視了巖土體內部水分的動態變化過程，測試結果只能反映某一時刻的瞬間值，不能代表巖土體內部的真實含水狀況；③根據熱力學的理論及研究，不同溫度條件下水的密度等物理參數均不同，因此測量值與真實值存在一定誤差；④現有技術均是對巖土體內的含水率進行測試，并不能測定實際的水分含量。

發明內容

有鑒于此，本發明目的是提供一種基于熱力學平衡的巖土體含水率及含水量測試方法，包括以下步驟：

S1、使用溫濕度儀測試目標巖土體內的溫濕度值，并記錄下巖土體在熱力學平衡狀態下的溫濕度值；

S2、取巖土體樣品，在實驗室內測試巖土體的孔隙度或裂隙率；

S3、將S1中測試的溫度值和S2測試的孔隙度或裂隙率的值帶入計算含水率和含水量的公式，得出巖土體含水率及含水量的值；

所述的計算含水率和含水量的公式分別如下：

其中，Wv(T)表示溫度T時巖土體的含水率，m_water(T)表示溫度T時巖土體中液態水的質量，ρ_water(T)表示溫度T時液態水的密度，V_p表示巖土體的孔隙度或裂隙率，α(T)表示液態水和氣態水的質量比與溫度T的函數關系，β(T)表示液態水和氣態水的密度比與溫度T的函數關系。

本發明提供的技術方案帶來的有益效果是：本發明拋開了傳統含水量測試方法研究的思維，借助熱力學和系統科學的理論基礎，從巖土體中水分的氣液轉化的熱力學平衡系統出發，分析液態水和氣態水的性質及含量，構建了一種新型的巖土體含水率及含水量的測試方法。該方法具有操作簡單，測試結果準確，并且能夠將土壤和巖石的測試方法相統一的優點，可廣泛應用于對各巖土體含水率及含水量的測試，對農業種植、礦山復綠、土地復墾時含水率及含水量的準確測定具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發明一種基于熱力學平衡的巖土體含水率及含水量測試方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地描述。

請參考圖1，本發明提供了一種基于熱力學平衡的巖土體含水率及含水量測試方法，具體如下：

S1、使用溫濕度儀測試目標巖土體內的溫濕度值，并記錄下巖土體在熱力學平衡狀態下的溫濕度值；