土的电阻率理论及其应用探讨查甫生,刘松玉(东南大学岩土工程研究所,南京210096)摘要:土的电阻率相关参数与土的工程力学指标紧密相连,并可反映土的一些特殊性质,如污染特征、可液化性等。本文详细介绍土的电阻率理论及其研究现状,深入分析影响土电阻率的主要因素,对土电阻率的应用进行总结与归纳,并探讨了土的电阻率理论研究中存在的问题与应用前景。关键词:土的电阻率;环境岩土工程;砂土液化;地基处理中图分类号:TU411文献标识码:AAbstract:Parametersoftheelectricalresistivityofthesoilarecloselyrelatedtothegeotechnicalparametersofthesoil.Thevariationsofelectricalresistivityparametersrepresentsomespecialcharacteristicsofthesoil,e.g.thecharacteristicsofsoilcontaminationandliquefaction.Inthepaper,thetheoryofsoilelectricalresistivityanditsstateofartsareintroduced,thefactorswhichinfluencesoilelectricalresistivityareanalyzedthoroughly,itsapplicationsarealsosummarized.Theproblems,disadvantagesandprospectsarefinallydiscussed.Keywords:soilelectricalresistivity;geoenvironment;soil-liquefaction;groundtreatment收稿日期:2005206203;修订日期:2005209201基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.50478073).作者简介:查甫生(1978-),男(汉族),安徽安庆人,博士研究生.1引言土的电阻率是表征土体导电性的基本参数,是土的固有物性参数之一。土的电阻率实际上就是当电流垂直通过边长为1m的立方体土时所呈现的电阻大小,单位为Ω·m。土的电阻率取决于土的孔隙率、孔隙形状、孔隙液电阻率、饱和度、固体颗粒成分、形状、定向性、胶结状态等[1,2]。实际上,Archie[1]早在1942年就提出了适用于饱和无粘性土的电阻率模型。Archie模型中没有考虑土颗粒自身导电,对于粘性成分含量高的土体,其颗粒表面的导电性不能忽略,Waxman等[3]提出了适用于非饱和粘性土的电阻率模型。McCarter[4](1984)、Kalinski[5](1994)、Abu-Hassanein[4](1996)等对击实土电阻率特性进行了室内试验研究,得到土的电阻率随击实含水量、饱和度、击实功、渗透性、温度等变化的变化规律,总结了击实土电阻率特征。Yoon等[7,8]则将土电阻率理论应用于环境岩土工程研究,通过室内外试验研究了污染土的电阻率特性等。Arulanandan等利用土电阻率方法研究砂土液化指出,土电阻率相关参数与土的动力响应有关[2,9]。刘松玉等[10,11]则在国内首先研究了水泥土电阻率变化规律,建立了水泥土电阻率模型;针对地基处理工程中水泥搅拌桩的特点,进行了电阻率法的初步应用研究。刘国华等[12]利用电阻率层析成像技术进行地下探测。近来,刘松玉等[13]对非饱和膨胀土的电阻率特征开展了研究,初步分析了非饱和膨胀土变形过程的电阻率指标变化规律。总的来说,土电阻率研究在国内开展较晚,尚处于起步阶段。本文深入探讨土电阻率理论及其应用研究,将有助于系统理解土的电阻率理论,对土电阻率的应用起到一定的示范与参考作用,有助于土的电阻率理论的进一步提高与完善。2土的电阻率理论211土的导电性土的导电性涉及两个不同的过程:通过孔隙水导电与颗粒表面导电(阳离子)。两个主要参数控制了土体导电性能的大小:①孔隙水含盐量与饱和度;②土的比表面积与粘土矿物含量。土电阻率ρ是土体导电能力大小的量度,土体三相系统中,土体电阻率是孔隙水、土体颗粒与土体结构共同作用的结果。也有用土的电导率σ来衡量土导电性能的强弱,电导率定义为:σ=1Πρ。212土的电阻率模型1942年,Archie[1]率先通过试验研究了土的电阻率与其结构的关系,提出了适用于饱和无粘性土01工程勘察JournalofGeotechnicalInvestigation&Surveying2006年第5期的电阻率结构模型,建立了饱和无粘性土的电阻率ρ随孔隙水电阻率ρw的变化关系式:ρ=aρwn-m(1)式中:ρ———土电阻率;ρw———孔隙水电阻率;a———土性参数;m———胶结系数;n———孔隙率。Keller与Frischknecht[14](1966)将Archie模型拓展用于非饱和土,建立了新的方程:ρ=aρwn-mS-pr(2)式中:Sr———饱和度;p———饱和度指数。Archie模型是最简化的电阻率模型,忽略了土颗粒表面导电性对...
