[发明专利]寒区非饱和硫酸盐渍土土体孔隙率测量方法

说明书

本发明公开了一种寒区非饱和硫酸盐渍土土体孔隙率测量方法，包括对待测土体进行取样，对取样所得的样本进行冻融试验，设定土体孔隙率为n，则土体固相骨架的体积分数为n_s＝(1‑n)；土体孔隙中硫酸盐的体积分数为n_c＝nS_c，其中S_c为硫酸盐的饱和度；土体孔隙中冰相的体积分数为n_i＝nS_i，其中S_i为冰的饱和度；土体孔隙中液态水的体积分数为n_l＝nS_l，其中S_l为液态水的饱和度；土体孔隙中气体的体积分数为n_a＝nS_a，其中S_a为气体的饱和度。通过冻融试验对样本进行HTASM多场耦合分析，进而基于土体孔隙中各组分的饱和度之间的关系以及土体各组分体积分数之间的关系来计算得出土体孔隙率n。

技术领域

本发明总体涉及岩土工程领域。具体而言，本发明涉及一种寒区非饱和硫酸盐渍土土体孔隙率测量方法。

背景技术

硫酸盐渍土主要分布于新疆、甘肃、宁夏和内蒙古等地区，硫酸盐渍土的特性不同于一般的土壤，给这些地区的工、农业发展带来各种挑战。人们对硫酸盐渍土已展开多种研究，土体孔隙率便是研究对象之一。然而，寒区非饱和硫酸盐渍土土体孔隙率难以测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种寒区非饱和硫酸盐渍土土体孔隙率测量方法。

根据本发明的寒区非饱和硫酸盐渍土土体孔隙率测量方法包括：对待测土体进行取样，对取样所得的样本进行冻融试验，首先设定土体孔隙率为n，则土体固相骨架的体积分数为n_s＝(1-n)；土体孔隙中硫酸盐的体积分数为n_c＝nS_c，其中S_c为硫酸盐的饱和度；土体孔隙中冰相的体积分数为n_i＝nS_i，其中S_i为冰的饱和度；土体孔隙中液态水的体积分数为n_l＝nS_l，其中S_l为液态水的饱和度；土体孔隙中气体的体积分数为n_a＝nS_a，其中S_a为气体的饱和度；

土体孔隙中各组分的饱和度之间的关系满足：

土体各组分体积分数之间的关系满足：

通过冻融试验对样本进行水热气盐力(Hydraulic–Thermal–Air–Salt–Mechanic，HTASM)多场耦合分析，基于上述关系计算得出土体孔隙率n。

这里，在进行水热气盐力多场耦合分析时，可采用如下的固体守恒方程：

其中，β_sp、β_sT分别是固相压缩系数和固相热膨胀系数；p_l为孔隙水压力；T为温度；t为时间；ε_v为体积应变。

可选地，采用如下的水分控制方程：

其中，M_c为硫酸盐相对分子质量；M₁₈₀为10个水分子的相对分子质量；为液态水密度；为水蒸气密度；p_i为冰压力；q_l、q_v分别为液态水通量和水蒸气通量。

可选地，采用如下的气体控制方程：

其中，H_c为亨利系数常数；ρ^d为干空气的密度。