[发明专利]一种检测饱和土孔隙率装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于土壤孔隙的分析方法技术领域，尤其涉及一种检测饱和土孔隙率的装置及检测方法。

背景技术

土壤孔隙率（n）是土壤颗粒之间的孔隙体积（V_V）占土壤总体积（V）的比率，是反映土体密实程度的重要物理性质指标。目前，对土壤孔隙的分析有不少方法，有经验计算方法、水银压入法、图像处理法、气压比重计法、吸水法、容重换算法等。这些方法中有的误差大，有的成本高（设备费、使用费偏高），有的测量周期长，有的条件受限难以推广，针对现有方法的缺陷，本技术方案能很好的弥补它们的不足。

1：经验计算方法

目前,实验室内土壤孔隙率的计算公式为:

n=VvV×100%=1-γddsγw=1-γ(1+ω)dsγw]]>

式中：V_v为土中孔隙的体积，V为土样的体积，γ_d为土的干重度，d_s为土粒相对密度，γ_w为水的重度，ω为土的含水量，γ为土的天然重度。实验室中土壤孔隙率数据是由其它土的指标（天然重度、含水量、土粒相对密度、水的重度）换算得来，大部分指标（天然重度、含水量、土粒相对密度）在测量过程中均会有误差，换算过程中的误差会放大，并且测量步骤比较繁琐，故换算得来的数据不准确，而且该方法适用于实验室操作，不适合工程现场应用。

2：水银压入法

水银压入法是鉴于水银对固体表面的不可润湿性，要在压力的作用下水银才能压入多孔材料的孔隙中，孔径越小所需的压力越大。由相应的水银压入量可求出对应尺寸的孔隙体积，由此算出孔隙体积随孔径大小变化的孔径分布曲线。水银压入法由于需要压力作用，一般要用到水银测孔仪，而且不适合应用于土质较软的土壤，因为可能会导致土样被压力压散，所以这种方法一般用于进行较硬固体的孔径分析。另外，水银以及仪器价格不菲，使用此方法时试验成本较高，而且水银属于有毒化学品，使用不当会对实验人员和环境造成危害。

3：图像处理法

图像处理法是利用土壤切片及数字图像处理技术，对土壤结构进行小尺度或多指标分析，定量、定形地研究土壤的孔隙结构，从而获取相关参数。图像处理法具有直观性强，分析较准确的优点。目前使用的三维图像技术有CT(computed tomography)或CAT(computer-assisted tomography)，但设备费和使用费都较高，只有条件较好的机构才使用，一般研究人员往往不具备这样的条件。

4：气压比重计法

气压比重计法的测量原理来自物理学中著名的Boyle-Mariotteshen定理。土壤表层样本经标准环刀采样后置于烘箱中，烘干土样连同环刀直接送入气压比重计的气囊中进行抽气处理。将抽出气体与大气压强之差在玻璃管连通器中直接显示为汞高形式，即可换算成孔隙率。此方法测量周期长，操作复杂，无法满足实时信息获取的需要，极大地限制了它的实际应用。

5：吸水法

吸水法是先将土样与环刀一起放置在含水的容器内，经过24小时浸润待土样中含水量大到饱和后，随机进行称重。然后放入烘箱，烘干土样再次称重可得容积饱和含水率。因水的比重为1，故容积饱和含水率理论上直接等于孔隙率。此方法的测量时间也很长，并且测量误差较大，实际应用不多。

6:容重换算法