[发明专利]一种基于热力学平衡的岩土体含水率及含水量测试方法

说明书

本发明提供一种基于热力学平衡的岩土体含水率及含水量测试方法，主要包括以下步骤：(1)岩土体温湿度的测试；(2)岩土体孔隙度(裂隙率)的测试；(3)岩土体含水率及含水量的计算。本发明提供的方法借助热力学平衡下液态水和气态水的性质可测试计算岩土体内的含水率及含水量。该方法具有操作简单，测试结果准确，并且能够将土壤和岩石的测试方法相统一的优点，可广泛应用于对各岩土体含水率及含水量的测试，对农业种植、矿山复绿、土地复垦时含水率及含水量的准确测定具有重要意义。

技术领域

本发明涉及资源与环境技术领域，尤其涉及一种基于热力学平衡的岩土体含水率及含水量测试方法。

背景技术

岩土体非饱水带是固、液、气三相共存的复杂系统，也是地下水、土壤水和大气水进行迁移转化的重要场所，其内部含水状态在农业、岩土等领域越来越引起重视。长久以来，国内外学者们从多种角度对不同介质岩土体的含水率测试方法进行研究，从最初的烘干称重法，到目前的中子仪法、介电法、遥感法等方法，测试技术越来越全面，且越来越重视岩土体含水量的原位动态测量。

但是经过分析，已有方法存在以下不足：①更加偏重于土体介质的含水率测试，由于岩体介质与土体介质物理性质存在差异，在进行计算时难以获取相关参数，计算精度不高；②含水率测试方法偏向于通过某些物理信号或土工实验反推，在测试过程中均忽视了岩土体内部水分的动态变化过程，测试结果只能反映某一时刻的瞬间值，不能代表岩土体内部的真实含水状况；③根据热力学的理论及研究，不同温度条件下水的密度等物理参数均不同，因此测量值与真实值存在一定误差；④现有技术均是对岩土体内的含水率进行测试，并不能测定实际的水分含量。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是提供一种基于热力学平衡的岩土体含水率及含水量测试方法，包括以下步骤：

S1、使用温湿度仪测试目标岩土体内的温湿度值，并记录下岩土体在热力学平衡状态下的温湿度值；

S2、取岩土体样品，在实验室内测试岩土体的孔隙度或裂隙率；

S3、将S1中测试的温度值和S2测试的孔隙度或裂隙率的值带入计算含水率和含水量的公式，得出岩土体含水率及含水量的值；

所述的计算含水率和含水量的公式分别如下：

其中，Wv(T)表示温度T时岩土体的含水率，m_water(T)表示温度T时岩土体中液态水的质量，ρ_water(T)表示温度T时液态水的密度，V_p表示岩土体的孔隙度或裂隙率，α(T)表示液态水和气态水的质量比与温度T的函数关系，β(T)表示液态水和气态水的密度比与温度T的函数关系。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明抛开了传统含水量测试方法研究的思维，借助热力学和系统科学的理论基础，从岩土体中水分的气液转化的热力学平衡系统出发，分析液态水和气态水的性质及含量，构建了一种新型的岩土体含水率及含水量的测试方法。该方法具有操作简单，测试结果准确，并且能够将土壤和岩石的测试方法相统一的优点，可广泛应用于对各岩土体含水率及含水量的测试，对农业种植、矿山复绿、土地复垦时含水率及含水量的准确测定具有重要意义。

附图说明

图1是本发明一种基于热力学平衡的岩土体含水率及含水量测试方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明提供了一种基于热力学平衡的岩土体含水率及含水量测试方法，具体如下：

S1、使用温湿度仪测试目标岩土体内的温湿度值，并记录下岩土体在热力学平衡状态下的温湿度值；