本發(fā)明屬于巖土力學(xué)與工程領(lǐng)域，具體涉及一種評(píng)估導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的方法，適用但不限于測(cè)試飽和黏土在不同條件下土體中導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率貢獻(xiàn)，用以輔助表征土體微細(xì)觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

背景技術(shù)：

1、土體電阻率是土體對(duì)土體中電流的阻擋程度的量度，是土體基本性質(zhì)之一，土體電導(dǎo)率是土體電阻率的倒數(shù)。土體電導(dǎo)率與土體組成(粒度分布、礦物學(xué))、孔隙結(jié)構(gòu)(孔隙率、孔隙的分布與連通情況)、含水量、溫度有關(guān)。為了解巖石基質(zhì)中的油氣儲(chǔ)藏特征，archie(1942)提出阿爾奇定律，將砂巖的電阻率與孔隙液的電阻率進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，但其未考慮表面電荷在黏性土體導(dǎo)電中的作用；waxman(1968)等人提出雙并聯(lián)電阻模型，將飽和泥質(zhì)砂巖的電導(dǎo)率與表面電導(dǎo)率和孔隙液電導(dǎo)率聯(lián)系起來(lái)，但該模型沒(méi)有考慮表面電導(dǎo)率和孔隙液電導(dǎo)率串聯(lián)的共同影響；rhoades(1989)等人提出土體電導(dǎo)率的三路徑電流流動(dòng)模型，該模型假定除兩個(gè)平行電阻模型中的路徑外，還有一條沿顆粒表面的流動(dòng)和孔隙液的流動(dòng)串聯(lián)的路徑，然而，該模型著眼于如何在孔隙液電導(dǎo)率的全范圍內(nèi)很好地?cái)M合數(shù)據(jù)，沒(méi)有充分考慮導(dǎo)電路徑對(duì)整體土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率。

2、在黏性的混合土體中，哪條路徑是混合土體電導(dǎo)率最重要的貢獻(xiàn)路徑，以及導(dǎo)電路徑的貢獻(xiàn)如何孔隙流體電導(dǎo)率和不同孔隙率的變化而變化，仍然是一個(gè)知識(shí)空白，無(wú)法定量評(píng)估在不同孔隙流體電導(dǎo)率或不同孔隙率的條件下導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提供一種評(píng)估導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的方法。

2、本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、一種評(píng)估導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的方法，包括以下步驟：

4、步驟1、建立混合土體的飽和土體電導(dǎo)率模型，

5、土體電導(dǎo)率模型包括同深度的并行的導(dǎo)電路徑pu、導(dǎo)電路徑ps、導(dǎo)電路徑pw以及空氣路徑，其中，導(dǎo)電路徑pu在深度方向上從上至下依次包括第一固體顆粒模塊和第一孔隙流體模塊，導(dǎo)電路徑ps為第二固體顆粒模塊，導(dǎo)電路徑pw為第二孔隙流體模塊，空氣路徑為空氣模塊；

6、步驟2、配置同一孔隙率n、不同孔隙流體電導(dǎo)率σw的各個(gè)混合土體；

7、步驟3、測(cè)量同一孔隙率n、不同孔隙流體電導(dǎo)率σw的各個(gè)混合土體對(duì)應(yīng)的混合土體電導(dǎo)率σ0，再利用孔隙流體電導(dǎo)率σw和孔隙率n，計(jì)算第一固體顆粒模塊和第二固體顆粒模塊的電導(dǎo)率σs，

8、

9、其中，σw是第一孔隙流體模塊和第二孔隙流體模塊的電導(dǎo)率，cf為混合土體中黏土的含量，gs1是混合土體中黏土的比重，gs2是混合土體中砂土的比重，是4℃時(shí)水的質(zhì)量密度，n是混合土體的孔隙率，cec是陽(yáng)離子交換容量，

10、步驟4、根據(jù)不同孔隙流體電導(dǎo)率σw和對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率σ0，對(duì)以下公式進(jìn)行擬合，獲取σs和lw，

11、

12、根據(jù)lu·l’w+lw＝n，lu+ls+lw＝1，獲得lu，ls，l’w，根據(jù)l‘s+l’w＝1，獲得l‘s，

13、其中，lu為第一固體顆粒模塊和第一孔隙流體模塊的橫截面寬度，lw是第二孔隙流體模塊的橫截面寬度，l’w是第一孔隙流體模塊的深度，ls為第二固體顆粒模塊的橫截面寬度，l‘s是第一固體顆粒模塊的深度；

14、步驟5、計(jì)算導(dǎo)電路徑pu，ps，pw對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)，

15、

16、

17、

18、式中，cpu是導(dǎo)電路徑pu對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率，cps是導(dǎo)電路徑ps對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率，cpw是導(dǎo)電路徑pw對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率。

19、一種評(píng)估導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的方法，還包括步驟6：改變孔隙率n，再重復(fù)步驟2-5，分析不同孔隙率n的條件下pu，ps，pw導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的大小及變化趨勢(shì)。

20、如上所述，當(dāng)混合土體中黏土的含量cf≤30％，混合土體的制備方法包括以下步驟：

21、將設(shè)定黏土含量cf的黏土和砂土分別置于燒瓶中與鹽溶液混合，煮沸使燒瓶?jī)?nèi)黏土漿液和砂土漿液脫氣，冷卻后，將黏土漿液倒入圓柱形的制備管中，待黏土漿液沉淀到制備管底部，將砂土漿液倒入，將制備管密封旋轉(zhuǎn)混合均勻后倒入的固結(jié)儀，固結(jié)得到均勻無(wú)離析的混合土體。

22、如上所述，當(dāng)混合土體中黏土的含量cf≥40％以及混合土體中黏土的含量30％<cf<40％，混合土體的制備方法包括以下步驟：

23、將黏土和砂土按黏土含量cf混合后，再與鹽溶液按預(yù)定的含水率混合拌合均勻后，再倒入固結(jié)儀中，固結(jié)得到混合土體。

24、如上所述鹽溶液為氯化鈉溶液。

25、如上所述固結(jié)儀的固結(jié)腔內(nèi)設(shè)置有用于測(cè)量混合土體電導(dǎo)率σ0的導(dǎo)電片。

26、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

27、建立了飽和土體電導(dǎo)率模型，提出了導(dǎo)電路徑的貢獻(xiàn)方程，可以通過(guò)一次實(shí)施獲得多個(gè)不同條件下導(dǎo)電路徑對(duì)全飽和混合土體的電導(dǎo)率貢獻(xiàn)大小和變化趨勢(shì)；同時(shí)還可以在不同顆粒級(jí)配的測(cè)試對(duì)象、不同飽和土混合黏土測(cè)試對(duì)象、不同孔隙流體電導(dǎo)率、不同孔隙率、不同黏土含量等條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得導(dǎo)電路徑的貢獻(xiàn)率大小及變化趨勢(shì)，可為定量研究飽和土體內(nèi)部細(xì)微觀結(jié)構(gòu)變化方面提供重要依據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種評(píng)估導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種評(píng)估導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的方法，其特征在于，還包括步驟6：改變孔隙率n，再重復(fù)步驟2-5，分析不同孔隙率n的條件下pu，ps，pw導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的大小及變化趨勢(shì)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種評(píng)估導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的方法，其特征在于，當(dāng)混合土體中黏土的含量cf≤30％，混合土體的制備方法包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種評(píng)估導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的方法，其特征在于，當(dāng)混合土體中黏土的含量cf≥40％以及混合土體中黏土的含量30％<cf<40％，混合土體的制備方法包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種評(píng)估導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的方法，其特征在于，所述鹽溶液為氯化鈉溶液。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種評(píng)估導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的方法，其特征在于，所述固結(jié)儀的固結(jié)腔內(nèi)設(shè)置有用于測(cè)量混合土體電導(dǎo)率σ0的導(dǎo)電片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種評(píng)估導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的方法，首先建立混合土體的飽和土體電導(dǎo)率模型，然后配置不同孔隙流體電導(dǎo)率的各個(gè)混合土體，測(cè)量不同孔隙流體電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)的混合土體電導(dǎo)率，再計(jì)算出混合土體的固體顆粒電導(dǎo)率以及混合土體電導(dǎo)率模型參數(shù)，最后計(jì)算出導(dǎo)電路徑對(duì)飽和土體電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率。本發(fā)明建立了飽和土體電導(dǎo)率模型，提出了導(dǎo)電路徑的貢獻(xiàn)方程，可以通過(guò)一次實(shí)施獲得多個(gè)不同條件下導(dǎo)電路徑對(duì)全飽和混合土體的電導(dǎo)率貢獻(xiàn)大小和變化趨勢(shì)；同時(shí)還可以在不同孔隙率、不同顆粒級(jí)配、不同飽和土混合黏土、或不同黏土含量等條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為定量研究飽和土體內(nèi)部細(xì)微觀結(jié)構(gòu)變化方面提供重要依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：柏巍,梁美潔,吳安定,任偉中,張軍民,劉斌,沈高勇,宣偉浩,張西廂,吳嘉琪,陳佳琦,馮瀑霏,王斐,陳俊融
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2