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2025-09-29
分析水泥土电阻率的主要影响因素
【摘要】：2.4.2.2孔隙比对电阻率的影响孔隙比对电阻率的影响是通过改变土的体积含水量来实现的。
2.4.2.1 含水量对电阻率的影响
由以上分析可知，水泥土的电阻率由3部分组成：孔隙水电阻率、土颗粒电阻率和水化产物电阻率。其中，土颗粒和水化产物属于固体，其电阻率远远大于孔隙水电阻率，因此对水泥土电阻率起决定作用的是孔隙水电阻率。水泥土中的水具有多种形态，不同形态的水体具有不同的电阻率值，如图2.27所示。
图2.27 不同类型水的电阻率值
土体中以重力水的电阻率值最低，其次为毛细水，结构水的电阻率最高，结合水的电阻率居中。这是因为重力水中有较多游离的H＋、OH－，使其导电性最高，电阻率最低；相反，结构水被固定在土粒聚集体的晶格中，不具有游离的离子而使导电性变差，电阻率最高。毛细水由于受到毛细作用的影响，水中离子的活动受到了限制，所以导电性低于重力水，电阻率则高于重力水。同理，结合水受到土粒的束缚大于毛细水而小于结构水，所以它的电阻率高于毛细水而低于结构水。从图2.27可看出，土中水的电阻率变化较大，小者如重力水只有几十，或者一二百Ω·m，大者如结构水可达几千Ω·m。
Campanella和Weemees（1990）给出了电导率和电阻率的关系：
Rhodes等（1976）给出了土电导率的表达式：
式中：ρ、ρw、ρs分别为土体、孔隙水、土颗粒的电阻率；w为含水量；a、b为系数。
由以上式可以看出，当含水量w 增大时， （aw 2＋bw）增大，则
增大，即ρ减小，所以含水量增大将导致土体电阻率降低。
2.4.2.2 孔隙比对电阻率的影响
孔隙比对电阻率的影响是通过改变土的体积含水量来实现的。对于饱和土，体积含水量的表达式为：
假定土颗粒和孔隙水是不可以被压缩的，当孔隙比减小时，土体的孔隙被压缩，孔隙水被挤出。设孔隙的减少量为Vx，则压缩后的体积含水量为：
用式（2.32）除以式（2.33），得：
可见，孔隙比减小时，体积含水量降低，电导率减小，而电阻率升高；相反，孔隙比增大时，体积含水量增大，电导率增大，而电阻率降低。
2.4.2.3 污染成分对电阻率的影响
过去的50多年里，有许多文献研究了离子类型与浓度对土的电学性能的影响。Mitchell与Arulanandan （1968）研究了标准高岭石中电解液类型（Na＋、K＋、Li＋）与浓度对矿物电学性能的影响。Arulanandan和Smith（1973）评价了电解液类型 （Na＋、Li＋）与数量电解液类型 （如Na＋）对土的电流扩散特征的影响。无机污染物在孔隙水中呈离子状态，这将大大提高孔隙水的导电能力，使污染土电阻率降低。同时土体颗粒表面存在双电离层，双电离层中的阳离子与阴离子在电场的作用下具有导电能力，也会使污染土的电阻率降低。土体中存在的阳离子的导电能力大小顺序为：
孔隙水离子含量的多少决定了其电阻率的大小。离子含量的增大将导致整个土体电阻率的下降，绝缘性的污染物进入孔隙水则会导致土体电阻率的升高。
2.4.2.4 温度对电阻率的影响(https://www.chuimin.cn)
温度对电阻率有很大影响，温度升高导致离子活动性上升，从而电阻率下降。（1）Campbell等（1948）研究了土体温度和电阻率的变化关系：
式中：ρT、ρ25分别为T ℃和25℃时土体电阻率；α 为经验系数，取值为0.02/℃。
（2）Keller和Frischnecht（1966）研究了土体温度和电阻率的变化关系：
式中：ρT、ρ18分别为T℃和18℃时土体电阻率；α 为经验系数，取值为0.025/℃。
（3）东南大学韩利华、刘松玉认为：由于污染土的孔隙水成分和导电特性与未污染土有所不同，所以其电阻率与温度的变化有别于未污染土。在假定与温度（T）的变化成一线性关系的前提下，用某一温度的土体电阻率对各个温度的电阻率进行折算校正，使测量值与理论值最接近，这个温度 （t0）就叫做最理想校正温度。
假定与温度（T）的变化成—线性关系，则有：
式中：ρt0为最理想温度时的电阻率；ρt为任意温度时的电阻率；α为校正系数；t为任意温度；t0为最理想校正温度。
整理上式得：
由污染土温度与电阻率变化关系的试验可知：
由式（2.42）可以求得t0、α，整理后可得：
对t0进行求导，整理可得：
求解：
根据试验温度范围，选择合理的t0值即为最理想校正温度，进而由式（2.46）求得校正系数α为：
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