一种基于水密度确定最大吸附水含量的方法技术

本申请公开了一种基于水密度确定最大吸附水含量的方法，包括以下步骤：S1，通过氦气比重仪测量烘干土样中的气体体积，得到土样固体颗粒密度；S2，测量数个不同含水量状态下土样中的气体体积，并通过计算得到各含水量状态下土样固体颗粒及孔隙水的总体积；S3，将各不同含水量的土样烘干获取土样中孔隙水的质量，利用S1中的土样固体颗粒密度计算不同含水量的土样中孔隙水的体积；S4，计算每一不同含水量状态下土样中孔隙水的密度，得到平均水密度；或计算相邻两不同含水量状态下土样中孔隙水的质量增量和体积增量，得到增量水密度；S5，根据平均水密度或增量水密度得到土样的最大吸附水含量。附水含量。附水含量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水密度确定最大吸附水含量的方法


[0001]本申请涉及岩土工程
，尤其涉及一种基于水密度确定最大吸附水含量的方法。

技术介绍

[0002]土壤水的密度在岩土工程领域相关应用中通常被视为1g/cm3，如土壤相变、土的比重测量和应力应变测定等。但由于水吸附在土壤表面或层间时会产生水化作用，因此会导致土壤水密度异常升高，吸附水的含量也随之变化。在传统土力学中，常用残余含水量的概念来表示土体在相对干燥状态下的持水能力，其物理本质是吸附水含量的大小，当土体中含水量随吸力的增加而降低到一定值时，含水量不会再随着外部气压(或吸力)的增加而发生明显变化，残余水以较强的结合力吸附在土体表面。但此含水量和陶土板进气压力的速率有关，因此存在人为因素的影响；在地质学中，矿物中的剩余含水量通过离心机分离仪确定，但水分子的分离速率和分离仪器的离心机转速有关，因此同样存在人为因素的影响，具体的剩余水含量并不是一个常数。
[0003]然而在分子间相互作用的物理本质上，土水之间的相互作用主要由两个物理过程所控制，即毛细作用和吸附作用。在非饱和条件下存在弯曲的气液界面时，土壤孔隙中会发生毛细作用。而吸附现象在饱和与非饱和条件下均会发生，主要作用在土壤颗粒的表面或内部。毛细作用主要受孔隙分布、气液界面张力和接触角等因素影响，表示为水分子间的内部相互作用，产生拉应力从而降低了水的密度。吸附作用主要受土体组成成分和比表面积等因素影响，表示为水分子和土体之间的外部相互作用，产生压应力从而增加了水的密度。因此土壤含水量在物理上可分为毛细水和吸附水，二者具有不同的物理性质并在土壤的一些物理过程中起着至关重要的作用，如：流体流动、导热和应力变形等。但目前大部分描述土体基本性质的理论或模型都没有将毛细水和吸附水区分开，并且相对应的吸附水含量和毛细水含量也无法区分测量，因此，针对现有基于水密度确定最大吸附水含量的方法的局限性，需要一种可以将吸附水和毛细水区分开来的吸附水含量测量方法。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种基于水密度确定最大吸附水含量的方法，基于增量水密度或平均水密度确定土壤的最大吸附水含量，基于孔隙水赋存状态的物理本质切实有效的划分了吸附水含量和毛细水含量的界限，克服了上述
技术介绍
中存在的问题，所述技术方案如下：
[0005]本申请提供一种基于水密度确定最大吸附水含量的方法，包括以下步骤：S1，通过氦气比重仪测量烘干土样中的气体体积，并通过计算获得土样固体颗粒密度；S2，通过氦气比重仪测量数个不同含水量状态下土样中的气体体积，并通过计算得到各含水量状态下土样固体颗粒及孔隙水的总体积；S3，将各不同含水量的土样烘干获取土样中孔隙水的质量，利用S1中的土样固体颗粒密度计算获取不同含水量的土样中孔隙水的体积；S4，根据S3中的土样中孔隙水的质量和体积，计算每一不同含水量状态下土样中孔隙水的密度，得到平
均水密度；或根据S3中的土样中孔隙水的质量和体积，计算相邻两不同含水量状态下土样中孔隙水的质量增量和体积增量，得到增量水密度；S5，当S4中平均水密度随土样含水量增加而降低至恒定时，此时所对应的土样的含水量为最大吸附水含量；或将S4中增量水密度与自由水密度进行比对，当增量水密度随土样含水量增加而降低至等于自由水密度时，此时所对应的土样的含水量为最大吸附水含量。
[0006]例如，在一个实施例提供的基于水密度确定最大吸附水含量的方法中，所述氦气比重仪包括两串联连接的样品室和参考室，所述样品室的体积为V
c
，所述参考室的体积为V
r
，在所述样品室的进气侧和出气侧分别设有第一阀门和第二阀门，在所述参考室的出气侧设有第三阀门，在所述样品室一侧还设有压力传感器，以测量所述样品室内的气压。
[0007]例如，在一个实施例提供的基于水密度确定最大吸附水含量的方法中，所述步骤S1中，通过氦气比重仪测量烘干土样中的气体体积包括以下步骤：将烘干土样放入样品室，首先打开第一阀门，向样品室中充入氦气至其内部压强为P
p
，关闭第一阀门；再打开第二阀门使气体充入参考室，降低压强至样品室和参考室中气压相等，记作P
d
；最后保持第一阀门关闭和第二阀门打开，打开第三阀门将样品室和参考室中的的气体排出到外部环境中，此时压力传感器上的气压记作P
a
，烘干土样中的气体体积V
a
的计算公式为：
[0008][0009]例如，在一个实施例提供的基于水密度确定最大吸附水含量的方法中，所述步骤S1中，土样固体颗粒密度ρ
s
的计算公式为：
[0010][0011]其中，m
s
为烘干土样的质量，V
t
为烘干土样的总体积。
[0012]例如，在一个实施例提供的基于水密度确定最大吸附水含量的方法中，所述步骤S2中，通过氦气比重仪测量数个不同含水量状态下土样中的气体体积V
a
’
，以得到不同含水量状态下土样中的固体颗粒和孔隙水的总体积V
w+s
，所述步骤S3中，将各不同含水量的土样烘干获取土样中孔隙水的质量m
w
，利用S1中的土样固体颗粒密度，计算不同含水量的土样中的固体体积V
s
，以获取不同含水量的土样中孔隙水的体积V
w
，不同含水量的土样中孔隙水的体积V
w
的计算公式为：
[0013][0014]其中，V
t
为不同含水量状态下土样的总体积，m
t
为不同含水量状态下土样的总质量。
[0015]例如，在一个实施例提供的基于水密度确定最大吸附水含量的方法中，所述步骤S4中，每一不同含水量状态下土样中孔隙水的平均水密度的计算公式为：
[0016][0017]例如，在一个实施例提供的基于水密度确定最大吸附水含量的方法中，所述步骤S5中，计算相邻两不同含水量状态下土样中孔隙水的质量增量Δmw和体积增量ΔVw，得到
增量水密度增量水密度的计算公式为：
[0018][0019]例如，在一个实施例提供的基于水密度确定最大吸附水含量的方法中，所述步骤S5中，当时，含水的土样中的水为吸附水；当增量水密度随土样含水量增加而降低至时，此时所对应的土样的含水量为最大吸附水含量，以区分含水土样中的吸附水含量和毛细水含量。
[0020]本申请一些实施例提供的一种基于水密度确定最大吸附水含量的方法带来的有益效果为：本申请基于增量水密度或平均水密度确定土样最大吸附水含量的方法，基于孔隙水赋存状态的物理本质切实有效的划分了土样中吸附水含量和毛细水含量的界限，为定义和区分吸附水和毛细水提供了一种合理可靠的方法，避免了现有的测量含水量方法中人为因素的干扰，从分子间相互作用的物理本质上解决了目前大部分描述土体基本性质的理论或模型没有将毛细水和吸附水区分开，并且相对应的吸附水含量和毛细水含量无法区分测量的难题。本申请中吸附水含量的定量评估本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水密度确定最大吸附水含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1通过氦气比重仪测量烘干土样中的气体体积，并通过计算获得土样固体颗粒密度；S2通过氦气比重仪测量数个不同含水量状态下土样中的气体体积，并通过计算得到各含水量状态下土样固体颗粒及孔隙水的总体积；S3将各不同含水量的土样烘干获取土样中孔隙水的质量，利用S1中的土样固体颗粒密度计算获取不同含水量的土样中孔隙水的体积；S4根据S3中的土样中孔隙水的质量和体积，计算每一不同含水量状态下土样中孔隙水的密度，得到平均水密度；或根据S3中的土样中孔隙水的质量和体积，计算相邻两不同含水量状态下土样中孔隙水的质量增量和体积增量，得到增量水密度；S5当S4中平均水密度随土样含水量增加而降低至恒定时，此时所对应的土样的含水量为最大吸附水含量；或将S4中增量水密度与自由水密度进行比对，当增量水密度随土样含水量增加而降低至等于自由水密度时，此时所对应的土样的含水量为最大吸附水含量。2.根据权利要求1所述基于水密度确定最大吸附水含量的方法，其特征在于，所述氦气比重仪包括两串联连接的样品室和参考室，所述样品室的体积为V
c
，所述参考室的体积为Vr，在所述样品室的进气侧和出气侧分别设有第一阀门和第二阀门，在所述参考室的出气侧设有第三阀门，在所述样品室一侧还设有压力传感器，以测量所述样品室内的气压。3.根据权利要求2所述基于水密度确定最大吸附水含量的方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过氦气比重仪测量烘干土样中的气体体积包括以下步骤：将烘干土样放入样品室，首先打开第一阀门，向样品室中充入氦气至其内部压强为P
p
，关闭第一阀门；再打开第二阀门使气体充入参考室，降低压强至样品室和参考室中气压相等，记作P
d
；最后保持第一阀门关闭和第二阀门打开，打开第三阀门将样品室和参考室中的的气体排出到外部环境中，此时压力传感器上的气压记作Pa，烘干土样中...

【专利技术属性】
技术研发人员：董毅，张浩浩，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：