[科普中國]-飽和密度

簡介

土是三相體系。顆粒狀的固相構(gòu)成土體的骨架，水溶液的液相和空氣的氣相則充塞于土體的孔隙之中。土的孔隙完全被水充滿時(shí)的密度稱為飽和密度。即，土的孔隙中全部充滿液態(tài)水時(shí)的單位體積質(zhì)量，可用ρsat表示：

式中：水的密度（工程計(jì)算中可取1 g/cm3），土的飽和密度的常見值為1.8~2.30 克立方厘米。

有關(guān)術(shù)語干密度

干密度指的是土的孔隙中完全沒有水時(shí)的密度，即固體顆粒的質(zhì)量與土的總體積之比值。土的最大干密度一般常在1.4~1.7 g/cm3。干密度反映了土的孔隙比，因而可用以計(jì)算土的孔隙率，它往往通過土的密度及含水率計(jì)算得來，但也可以實(shí)測。土的干密度一般常在1.4~1.7 g/cm3。干密度對土-水特征曲線產(chǎn)生顯著影響，干密度越大，飽和含水率越小，進(jìn)氣值越大，土體的持水性能越強(qiáng)。飽和含水率隨干密度的增大線性減小，殘余含水率隨干密度的增大線性增大，參數(shù)a與進(jìn)氣值的倒數(shù)線性相關(guān)，參數(shù)隨干密度的增大線性增大。土體在快速脫水階段在吸力作用下排出的那部分水是土中的自由水，而在殘余段排出的水是土中的結(jié)合水。土體在不同干密度下的殘余質(zhì)量含水率為常數(shù)1。

孔隙度

孔隙度是指巖樣中所有孔隙空間體積之和與該巖樣體積的比值，稱為該巖石的總孔隙度，以百分?jǐn)?shù)表示。儲集層的總孔隙度越大，說明巖石中孔隙空間越大。從實(shí)用出發(fā)，只有那些互相連通的孔隙才有實(shí)際意義，因?yàn)樗鼈儾粌H能儲存油氣，而且可以允許油氣在其中滲濾。因此在生產(chǎn)實(shí)踐中，提出看了有效孔隙度的概念。有效孔隙度是指那些互相連通的，在一般壓力條件下，允許流體在其中流動的孔隙體積之和與巖樣總體積的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。顯然，同一巖石有效孔隙度小于其總孔隙度。

土中水

土中水的存在形式多種多樣，大致可分為液態(tài)水、氣態(tài)水及固態(tài)水三類。不同類型的水對土的工程特性起著不同的作用，其中較重要的是結(jié)合水、毛細(xì)水和重力水。其中土中水分子的活動能力和結(jié)合水的抗剪強(qiáng)度有著密切的關(guān)系。影響結(jié)合水的抗剪強(qiáng)度因素有很多，如結(jié)合水與土顆粒表面的間距、土顆粒的形狀。土中水可以分為兩大類：礦物中的結(jié)合水，如結(jié)構(gòu)水、結(jié)晶水和沸石水；土孔隙中的水，如土粒表面結(jié)合水：強(qiáng)結(jié)合水與弱結(jié)合水、非結(jié)合水（液態(tài)水，氣態(tài)水和固態(tài)水）。土中細(xì)粒越多，即土的分散度越大，水對土的性質(zhì)的影響也越大。

環(huán)刀法在水利工程中對土的密度的檢測方法有很多種，主要有環(huán)刀法、灌砂法、灌水法等檢測方法。 而對于粘性土的密度檢測一般主要采用環(huán)刀試驗(yàn)檢測法， 即用一對環(huán)刀取出土體試樣進(jìn)行含水率試驗(yàn)，進(jìn)而得出土體的密度結(jié)果。環(huán)刀法是用已知質(zhì)量及容積的環(huán)刀，切取土樣，使土樣的體積與環(huán)刀容積一致，這樣環(huán)刀的容積即為土的體積稱量后去除環(huán)刀的質(zhì)量即得土的質(zhì)量，然后計(jì)算得土的密度。測定環(huán)刀的質(zhì)量及體積。 用測徑卡尺測量環(huán)刀的內(nèi)徑及高度，計(jì)算得環(huán)刀的體積，然后，將環(huán)刀置于天平上稱得環(huán)刀質(zhì)量。切取土樣。在環(huán)刀內(nèi)壁上涂以薄層凡士林，將環(huán)刀刃口向下放在土樣表面上，用修土刀把土樣削成略大于環(huán)刀的土柱，然后垂直向下輕壓環(huán)刀，邊壓邊削，至土樣高出環(huán)刀為止。先削平嚴(yán)于上端之余土，使土面與環(huán)刀邊緣齊平，再置于玻璃板上；然后削環(huán)刀刃口一端的余土，使與環(huán)刀刃口齊平。 若兩面的土有少量剝落，可用切下的碎土輕輕補(bǔ)上。測定環(huán)刀和土樣之質(zhì)量。 擦凈環(huán)刀外壁，稱量環(huán)刀和土樣的質(zhì)量。其中切取土樣是決定環(huán)刀法監(jiān)測質(zhì)量關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在環(huán)刀取樣過程中，由于受力條件如力的大小、力方向使所取土樣的密實(shí)程度發(fā)生改變，以及由于土體自身重力、操作削土、試驗(yàn)記錄等因素都會對環(huán)刀檢測產(chǎn)生影響使檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差2。