CN115615899A - 一种测定原状土孔隙率的实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测定原状土孔隙率的实验方法，可对原状土样的体积等参数进行测定，从而实现在不扰动土样的情况下对土样孔隙体积和孔隙率的测定计算。所述实验方法通过测定原状土样和蜡封土样的质量、蜡封土样的体积、原状土样经搅拌分散形成的悬浊液的体积和质量、烘干土样的质量这些参数来计算原状土的孔隙率数值，该实验方法简单易行，准确性高，具有显著的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及原状土孔隙率测定这一技术领域，具体涉及一种测定原状土孔隙率的实验方法。
背景技术
土是由固体颗粒、水和空气三部分组成的，土中的孔隙是指固相所占体积以外的空间，包括颗粒或团聚体之间的间隙和生物穴道，由水和空气所占据。不同土的孔隙受多方面的影响变化各异，其对于土的压缩性能、力学性能、渗透性能、肥力等性质有很大的影响，是土重要的物理性质之一。土的孔隙率是土中孔隙体积与土体体积之比，是土孔隙体积的主要表征参数。
目前在土质学中土的孔隙率主要是通过实验测定土的密度、土粒比重和土含水率三个参数来计算获得，而测定土的密度通常采用环刀法，虽然其具有操作简便等优点，但是在实际操作过程中很难完整取到填满环刀内体积的土样，同时环刀在下压切削过程中不可避免的会对原状土产生扰动，这些因素均会造成土密度测定值的波动，进而对土的孔隙率计算产生较大的影响，导致计算结果离散性较大。材料检测领域中其他常用的孔隙测试方法如压汞法，其对待测样的强度要求较高，土样在测试加压过程中很容易被压碎，难以测到孔隙的体积，又如显微图像处理法分析范围太小，不具有代表性，并且上述方法对硬件测试条件要求较高，均不适用于土的孔隙率常规测试。
现有实验方法在测定土孔隙率时存在一些问题，较难做到原状土孔隙率的准确测定，仍然缺少一种简便易行的测定原状土孔隙率的实验方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简便易行的测定原状土孔隙率的实验方法，通过直接对原状土样质量和体积等参数的测定，从而实现在不扰动土样的情况下对原土中孔隙体积和土孔隙率的测定计算。
本发明所述实验方法具体步骤如下：
1）在待测原状土中取适当大小并且没有裂隙的土块作为土样，将表面适当平整，去除浮土，称其质量m1，将已知固体密度ρ蜡的石蜡加热熔化为液体，用细线系住土样并浸没于石蜡液体中进行蜡封后提出，待冷却后称其总质量m2；则封蜡的质量m蜡=m2-m1，根据封蜡的质量m蜡和固体密度ρ蜡计算出封蜡的体积V蜡=(m2-m1)/ρ蜡；
2）通过排水法测定蜡封土样的体积，将蜡封土样缓慢浸没于盛满水的排水容器中并收集排出的水，过程中控制水温恒定，测定排出水的体积V1或通过测定排出水的质量m排水，再根据该温度下水的密度ρ水计算出其体积V1=m排水/ρ水；由于排出水的体积V1与蜡封土样的体积相同，则土样的体积V土样=V1-(m2-m1)/ρ蜡；
蜡封土样取出后，擦干表面水分，再次称重，如土样质量增加，表明密封不严，应另取土样重新进行上述实验步骤；
3）处理蜡封土样，去掉细线，将表面封蜡全部去除，将土样破碎成颗粒状放入烧杯，加入水充分搅拌直至土样全部分散成小颗粒；控制水温恒定后，测定土的悬浊液质量m3，采用相应量具测定土的悬浊液体积V2；悬浊液质量m3为土样质量m1与后加入水质量m加水之和，悬浊液体积V2为土粒体积V土粒与土含水体积V土含水与后加入水体积V加水之和，则后加入水的体积V加水=(m3-m1)/ρ水，土粒与土含水体积之和V土粒+V土含水=V2-(m3-m1)/ρ水；
4）将悬浊液中的土粒与水分离，将土粒烘干至恒重，冷却至室温后称土粒质量m4；则土中含水的质量m土含水=m1-m4，土中含水的体积V土含水＝(m1-m4)/ρ水；
5）计算土的孔隙率n；已知原状土样的体积包括土粒、土中含水和土中空气三部分的体积，即V土样=V土粒+V土含水+V空气，将步骤2）得到的土样体积V土样和步骤3）得到的土粒与土含水体积之和V土粒+V土含水代入上式计算可得土中空气体积V空气=V1-(m2-m1)/ρ蜡-V2+(m3-m1)/ρ水；土中孔隙体积为土中空气体积V空气与土中含水体积V土含水之和，故V孔=V1-V2-(m2-m1)/ρ蜡+(m3-m4)/ρ水；则孔隙率n为
式中：V1为蜡封土样排出水的体积；V2为土的悬浊液体积；m1为原状土样的质量；m2为蜡封土样的质量；m3为土的悬浊液质量；m4为烘干的土粒质量；ρ蜡为石蜡的固体密度；ρ水为测试温度下水的密度。
优选的，步骤2）所述排水容器选用溢水杯，包括500ml、1000ml、2000ml中的任意一种。
优选的，步骤3）所述测定体积的量具选用量筒、李氏瓶或容量瓶中的任意一种。
优选的，步骤2）和步骤3）所述控制水温恒定的方式为水浴锅控制，试验过程中控制水温恒定在20~30℃范围内的一个固定值。
优选的，步骤4）所述土粒与水的分离方式包括过滤、抽滤、离心方式中的任意一种。
本发明所述测定原状土孔隙的实验方法与现有方法相比，在测定原土体积时不会对其产生扰动而干扰结果，并且不需要非常专业的测试设备和测试条件，操作简便，可获得较为准确的孔隙率测定结果。
附图说明
图1是本发明测定原状土孔隙方法的实验方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图1对本发明的实施例作进一步详细说明。
实施例1-4
一种测定原状土孔隙率的实验方法，包括以下步骤：
1）在待测原状土中取体积在50cm3左右并且没有裂隙的土块作为土样，将表面适当平整，用毛刷将表面浮土去除，称其质量m1，将固体密度ρ蜡=0.92g/cm3的石蜡加热熔化为液体，用细线系住土样并浸没于石蜡液体中进行蜡封后提出，待冷却后称其总质量m2；则封蜡的质量m蜡=m2-m1，根据封蜡的质量m蜡和固体密度ρ蜡计算出封蜡的体积V蜡=(m2-m1)/ρ蜡；
2）通过排水法测定蜡封土样的体积，将蜡封土样缓慢浸没于盛满水的500mL溢水杯中并收集排出的水，过程中通过水浴锅控制水温恒定在25℃，测定排出水的质量m排水，然后根据25℃时水的密度ρ水=0.997g/cm3计算排出水的体积V1=m排水/ρ水；由于排出水的体积V1与蜡封土样的体积相同，则土样的体积V土样=V1-(m2-m1)/ρ蜡；
蜡封土样取出后，擦干表面水分，再次称重，如土样质量增加，表明密封不严，应另取土样重新进行上述实验步骤；
3）处理蜡封土样，去掉细线，将表面封蜡全部去除，将土样破碎成颗粒状放入烧杯，加入水充分搅拌直至土样全部分散成小颗粒；通过水浴锅控制水温恒定在25℃后，测定土的悬浊液质量m3，采用量筒测定土的悬浊液体积V2；悬浊液质量m3为土样质量m1与后加入水质量m加水之和，悬浊液体积V2为土粒体积V土粒与土含水体积V土含水与后加入水体积V加水之和，则后加入水的体积V加水=(m3-m1)/ρ水，水的密度取0.997g/cm3，土粒与土含水体积之和V土粒+V土含水=V2-(m3-m1)/ρ水；
4）采用离心机离心的方式将悬浊液中的土粒与水分离，采用烘干法烘干土粒至恒重，去除土粒中残留水分，冷却至室温后称土粒质量m4；则土中含水的质量m土含水=m1-m4，土中含水的体积V土含水＝(m1-m4)/ρ水；
5）计算土的孔隙率n；已知原状土样的体积包括土粒、土中含水和土中空气三部分的体积，即V土样=V土粒+V土含水+V空气，将步骤2）得到的土样体积V土样和步骤3）得到的土粒与土含水体积之和V土粒+V土含水代入上式计算可得土中空气体积V空气=V1-(m2-m1)/ρ蜡-V2+(m3-m1)/ρ水；土中孔隙体积为土中空气体积V空气与土中含水体积V土含水之和，故V孔=V1-V2-(m2-m1)/ρ蜡+(m3-m4)/ρ水；则孔隙率n为
式中：V1为蜡封土样排出水的体积；V2为土的悬浊液体积；m1为原状土样的质量；m2为蜡封土样的质量；m3为土的悬浊液质量；m4为烘干的土粒质量；ρ蜡为石蜡的固体密度；ρ水为测试温度下水的密度。
实施例总共4组，分别为实施例1-4，其中实施例1-4分别采用天津土1、天津土2、沈阳土、北京土的原状土，实施例1-4的步骤2）测量均取石蜡密封完全的有效数据。石蜡的固体密度ρ蜡=0.92g/cm3，水在25℃时的密度ρ水=0.997g/cm3。分别按照上述步骤进行测定和计算，结果如表1所示。
表1
表1中的结果可以看出，通过本发明所述实验方法测定计算出的土样的孔隙率在土的常规孔隙率范围内。该方法在测定原土体积时不会对其产生扰动而干扰结果，并且不需要非常专业的测试设备和测试条件，操作简便，可获得较为准确的孔隙率测定结果。
以上实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种测定原状土孔隙率的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在待测原状土中取适当大小并且没有裂隙的土块作为土样，将表面适当平整，去除浮土，称其质量m1，将已知固体密度ρ蜡的石蜡加热熔化为液体，用细线系住土样并浸没于石蜡液体中进行蜡封后提出，待冷却后称其总质量m2；
2）通过排水法测定蜡封土样的体积，将蜡封土样缓慢浸没于盛满水的排水容器中并收集排出的水，过程中控制水温恒定，测定排出水的体积V1或通过测定排出水的质量m排水，再根据该温度下水的密度ρ水计算出其体积V1；
蜡封土样取出后，擦干表面水分，再次称重，如土样质量增加，表明密封不严，应另取土样重新进行上述实验步骤；
3）处理蜡封土样，去掉细线，将表面封蜡全部去除，将土样破碎成颗粒状放入烧杯，加入水充分搅拌直至土样全部分散成小颗粒；控制水温恒定后，测定土的悬浊液质量m3，采用相应量具测定土的悬浊液体积V2；
4）将悬浊液中的土粒与水分离，将土粒烘干至恒重，冷却至室温后称土粒质量m4；
5）计算土样的孔隙率n；
式中：V1为蜡封土样排出水的体积；V2为土的悬浊液体积；m1为原状土样的质量；m2为蜡封土样的质量；m3为土的悬浊液质量；m4为烘干的土粒质量；ρ蜡为石蜡的固体密度；ρ水为测试温度下水的密度。
2.如权利要求1所述的测定原状土孔隙率的实验方法，其特征在于，步骤2）所述排水容器选用溢水杯，包括500ml、1000ml、2000ml中的任意一种。
3.如权利要求1所述的测定原状土孔隙率的实验方法，其特征在于，步骤3）所述测定体积的量具选用量筒、李氏瓶或容量瓶中的任意一种。
4.如权利要求1所述的测定原状土孔隙率的实验方法，其特征在于，步骤2）和步骤3）所述控制水温恒定的方式为水浴锅控制，试验过程中控制水温恒定在20~30℃范围内的一个固定值。
5.如权利要求1所述的测定原状土孔隙率的实验方法，其特征在于，步骤4）所述土粒与水的分离方式包括过滤、抽滤、离心方式中的任意一种。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116625907A (zh) * | 2023-07-24 | 2023-08-22 | 中国矿业大学(北京) | 一种锂离子电池隔膜孔隙率测试方法 |
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2022
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| CN116625907A (zh) * | 2023-07-24 | 2023-08-22 | 中国矿业大学(北京) | 一种锂离子电池隔膜孔隙率测试方法 |
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