土壤電阻率影響因素研究

鐘慶

（安徽理工大學安全科學與工程學院，安徽 淮南232001）

1 概述

土壤電阻率可以表征土壤的導電性，土壤電阻率由于其連續無損的特點而被廣泛應用于含水率預測、地質勘探和隱患探測等領域[1-3]。土壤的諸多性質是影響電阻率的重要因素，Archie(1942) 開創了實驗室測量砂巖的經驗電阻率- 含水率關系(Archie 定律)，很多學者對土電阻率理論進行了理論和試驗研究。Yulong Chen 等人[4]詳細考察了含水率、干密度、溫度等因素對磷礦尾礦電阻率的影響；Jie Wang 等人[5]討論了飽和度對不同類型土壤熱導率和電阻率的影響。總結前人的研究，可以發現電阻率在地質勘探和評估方面的應用仍然頗有爭議。雖然已有較多研究探究土壤電阻率和各因素的關系，但是進一步將其關系量化，建立更好的轉化關系也尤為重要。

基于此，本研究開展了不同含水率條件下的土壤樣品室內電阻率實驗，分析了含水率對土壤電阻率的影響規律，此研究能夠為工程應用進一步提供基礎參考。

2 試驗方法

按電極數量劃分測量土壤電阻率的方法，可大致分為二相電極法和四相電極法。這兩種方法都是基于伏安法的原理，但是考慮到試驗操作簡單并且對土樣干擾小等需求，故采用二相電極法開展實驗，試驗原理如圖1。

圖1 二相電極法原理

本文主要開展了標準土樣電阻率試驗。土樣電阻率實驗系統如圖2，采用自制的亞克力容器承裝土體，該容器尺寸（直徑×高）50mm×150mm。在盛裝土壤的箱體兩端裝有銅片電極。試驗設置含水率為0%、3%、6%、9%、12%、15%、18%。

圖2 試驗設備

3 結果

含水率是影響土壤電阻率的主要因素，對試驗所測試的數據進行分析，得出電阻率與含水率的對應關系，繪制曲線圖如圖3。

圖3 電阻率- 含水率關系

圖4 各含水率條件下土壤電阻率

經過分析可以發現電阻率與含水率關系密切，由圖3 可以發現在所有密度條件下的土壤電阻率隨著含水率的增大而減小，并且密度越小時，電阻率隨含水率變化的減小幅度越大，究其原因，這種現象是由于含水率增加時，就導致了孔隙水的增加，從而導致土壤顆粒連接更加緊密，并且水分的電阻更小，所以呈現出隨含水率增大，電阻減小，電流增大的現象。但是最終含水率增大到一定程度時，電阻率逐漸維持一定值，含水率達到一定值時，土壤達到飽和，再增加水分對其結構組成影響不大。

由于高含水率的土壤電阻率較為接近，為了更清晰的對比各個變量下的電阻率情況，將各條件的電阻率曲線進行列舉。從圖4 中可以清晰的看出土壤電阻率隨含水率的變化趨勢，電阻率在同一密度下，隨含水率增大明顯減小。在含水率0%時，各密度的土壤電阻率取得最大值，分別為2800Ω·m、1380Ω·m、1350Ω·m、760Ω·m、640Ω·m、48Ω·m、36Ω·m、39Ω·m 和33Ω·m。此時，同一含水率條件下的土壤電阻率隨密度增大而減小。

總的來說，土壤電阻率與其含水率關系極為密切，電阻率減小主要是由于孔隙水增多，而含水率的增大可以達到此效果。

4 結論

本研究開展了室內土樣電阻率實驗，研究了含水率對土壤導電性的影響，得出如下結論：

（1）土壤電阻率受含水率影響明顯，電阻率隨含水率增大而減小；

（2）密度1.2g/cm3的土壤受含水率的影響較大；（3）含水率對電阻率的影響是有限的。