[发明专利]一种低含水量致密岩土介质的孔隙水压力测试方法

说明书

本发明涉及一种低含水量致密岩土介质的孔隙水压力测试方法包括：测量低含水量的岩土样品的相对湿度，根据化学势平衡原理确定第一平衡公式；根据第一表达式及当前状态的真实孔隙水压力与测量的孔隙水压力的关系确定第二表达式；将岩土样品中的孔隙水移出成为平衡溶液，测量平衡溶液的相对湿度，根据化学势平衡原理确定第二平衡公式；将第二表达式与第三表达式合并计算出测量的孔隙水压力。该孔隙水压力测试方法操作方法简单有效，能够在较短的时间内精确地获得低含水量的岩土介质的孔隙水压力。

技术领域

本发明涉及土工试验技术领域，特别涉及一种低含水量致密岩土介质的孔隙水压力测试方法。

背景技术

在广大的干旱和半干旱地区，大部分都是非饱和土，并且大量的地质灾害和非饱和土有关。与饱和土不同，非饱和土是三相多孔介质，包含固相、气相和液相。由于气相的存在，使得非饱和土中的孔隙水压为负值。

当含水量较高时，采用张力计法来测量非饱和土中的负孔压。随着含水量的进一步降低，孔隙水压力变得越来越负。此时土体中水分处于吸附状态，无法使得测量仪器与土样中的水连通。在这种状态下，张力计已经不再适用，只能通过间接方法来获得。一般最常用的是采用相对湿度法来间接获得土体中的孔隙水压力，这种方法是通过化学势平衡原理测量的，即测试系统和土体中各点的水势能相等。也就是说，将测量的相对湿度转换成土壤的孔隙水压力。而这种方法忽略了孔隙溶液的浓度引起的化学势降低，即相对湿度的改变。将测量到的总势能认为是土壤的孔隙水压力。

非饱和粘性土是一种典型的多相多组份孔隙介质，其固体骨架及孔隙水溶液一般带有不同价位的电荷和离子。在人为扰动或自然条件变化下，土体中伴随着含水量的改变，孔隙溶液的浓度及组份发生变化。同时由于粘土颗粒表面一般带有负电荷，由于Donnan效应，土体中的孔隙水溶液和测量系统中平衡溶液的浓度并不相同，同时，平衡溶液的浓度与颗粒表面所带负电荷的密度有关。通过相对湿度法测量到的孔隙水势能包含溶液浓度引起的势能降低，然而传统方法忽略了溶液浓度，将总势能等同为测量孔压，而这是不合适的。

发明内容

本发明提供了一种低含水量致密岩土介质的孔隙水压力测试方法，解决了或部分解决了现有技术中的孔隙水压力测量方法忽略了溶液浓度引起的势能降低，导致孔隙水压力测试结果不准确的技术问题，实现了操作方法简单有效，能够在较短的时间内精确地获得低含水量的岩土介质的孔隙水压力的技术效果。

本发明提供的一种低含水量致密岩土介质的孔隙水压力测试方法，包括：

测量低含水量的岩土样品的相对湿度RH，根据化学势平衡原理确定第一平衡公式；所述第一平衡公式为：

上述三式合并为第一表达式：

其中，为孔隙水对应的气相中水分子的化学势；为岩土样品孔隙水中水的化学势；为参考状态下气体的化学势；T为温度；为参考气压力，取值为大气压；R为气体常数；为水分子的摩尔质量；为当前状态的气压；为参考状态下纯水的化学势，与相等；为参考水压力，取值为大气压；p^l为当前状态的真实孔隙水压力；为参考状态纯水的密度，设定为常数；Ω^l为表面势能；为孔隙水的活性；所述RH等于

根据所述第一表达式及所述当前状态的真实孔隙水压力与所述测量的孔隙水压力的关系确定第二表达式；

所述当前状态的真实孔隙水压力与所述测量的孔隙水压力的关系为：

其中，为测量的孔隙水压力；

所述第二表达式为：