[科普中国]-饱和密度

简介

土是三相体系。颗粒状的固相构成土体的骨架，水溶液的液相和空气的气相则充塞于土体的孔隙之中。土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度。即，土的孔隙中全部充满液态水时的单位体积质量，可用ρsat表示：

式中：水的密度（工程计算中可取1 g/cm3），土的饱和密度的常见值为1.8~2.30 克立方厘米。

有关术语干密度

干密度指的是土的孔隙中完全没有水时的密度，即固体颗粒的质量与土的总体积之比值。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，因而可用以计算土的孔隙率，它往往通过土的密度及含水率计算得来，但也可以实测。土的干密度一般常在1.4~1.7 g/cm3。干密度对土-水特征曲线产生显著影响，干密度越大，饱和含水率越小，进气值越大，土体的持水性能越强。饱和含水率随干密度的增大线性减小，残余含水率随干密度的增大线性增大，参数a与进气值的倒数线性相关，参数随干密度的增大线性增大。土体在快速脱水阶段在吸力作用下排出的那部分水是土中的自由水，而在残余段排出的水是土中的结合水。土体在不同干密度下的残余质量含水率为常数1。

孔隙度

孔隙度是指岩样中所有孔隙空间体积之和与该岩样体积的比值，称为该岩石的总孔隙度，以百分数表示。储集层的总孔隙度越大，说明岩石中孔隙空间越大。从实用出发，只有那些互相连通的孔隙才有实际意义，因为它们不仅能储存油气，而且可以允许油气在其中渗滤。因此在生产实践中，提出看了有效孔隙度的概念。有效孔隙度是指那些互相连通的，在一般压力条件下，允许流体在其中流动的孔隙体积之和与岩样总体积的比值，以百分数表示。显然，同一岩石有效孔隙度小于其总孔隙度。

土中水

土中水的存在形式多种多样，大致可分为液态水、气态水及固态水三类。不同类型的水对土的工程特性起着不同的作用，其中较重要的是结合水、毛细水和重力水。其中土中水分子的活动能力和结合水的抗剪强度有着密切的关系。影响结合水的抗剪强度因素有很多，如结合水与土颗粒表面的间距、土颗粒的形状。土中水可以分为两大类：矿物中的结合水，如结构水、结晶水和沸石水；土孔隙中的水，如土粒表面结合水：强结合水与弱结合水、非结合水（液态水，气态水和固态水）。土中细粒越多，即土的分散度越大，水对土的性质的影响也越大。

环刀法在水利工程中对土的密度的检测方法有很多种，主要有环刀法、灌砂法、灌水法等检测方法。 而对于粘性土的密度检测一般主要采用环刀试验检测法， 即用一对环刀取出土体试样进行含水率试验，进而得出土体的密度结果。环刀法是用已知质量及容积的环刀，切取土样，使土样的体积与环刀容积一致，这样环刀的容积即为土的体积称量后去除环刀的质量即得土的质量，然后计算得土的密度。测定环刀的质量及体积。 用测径卡尺测量环刀的内径及高度，计算得环刀的体积，然后，将环刀置于天平上称得环刀质量。切取土样。在环刀内壁上涂以薄层凡士林，将环刀刃口向下放在土样表面上，用修土刀把土样削成略大于环刀的土柱，然后垂直向下轻压环刀，边压边削，至土样高出环刀为止。先削平严于上端之余土，使土面与环刀边缘齐平，再置于玻璃板上；然后削环刀刃口一端的余土，使与环刀刃口齐平。 若两面的土有少量剥落，可用切下的碎土轻轻补上。测定环刀和土样之质量。 擦净环刀外壁，称量环刀和土样的质量。其中切取土样是决定环刀法监测质量关键环节。在环刀取样过程中，由于受力条件如力的大小、力方向使所取土样的密实程度发生改变，以及由于土体自身重力、操作削土、试验记录等因素都会对环刀检测产生影响使检测结果出现偏差2。