土体电阻率现场测试方法研究

摘要：用四极探针测试法现场测定土体的电阻率，测试中发现探针极距对测试结果影响很大，随着极距的增大土体电阻率值趋于稳定，对粘土、砂、淤泥、杂填土分别进行了测试，极距分别达到11cm、14cm、19cm、21cm时，土体电阻率值趋于稳定，此时的电阻率值方可采用。对现场土样用PVC管取样，用万用表直接测量其电阻，然后换算成电阻率。与四极法比较，证明万用表法测得结果可靠，为土体电阻率现场测试提供方法依据和参考。

关键词：电阻率；四极测试法；极距；万用表法；

中图分类号：TU 411文献标识码：A

1引言

四极测试法在土体电阻率的室内和现场测试中已经得到了广泛的应用[1~3]。由于其可靠性较大，测试操作工程中人为影响程度较低，在土体电阻率室内测试中应用的更加广泛。但是在现场土体电阻率测量中，相关报道较少，本文应用四极测试法对现场土体电阻率进行了测试分析，发现极距增大时土体电阻率也随之增大，当极距增大到一定值时，土体电阻率不再增大，趋于一个稳定值。也就是电阻率测量过程中极距有一个收敛的过程，对粘土、砂、淤泥、杂填土分别进行了测试，得到了不同的收敛极距。可以作为应用参考。

用万用表法测量土体电阻率，由于设备简单，操作方便，可以在现场测试中使用，以减少试样在搬运工程中扰动，其测试结果与四极法比较，所得值偏小，但是在可接受范围内。

2电阻率测试方法

采用四极测试法中的Wenner模型，各极距相等，外部两个电极用于激发电流，内部两个电极用于测量电极间的电位差，如图1所示。

图1四极测试法示意图

电阻率计算公式为

（1）

式中，为土体电阻率，为M、N间的电位差，为电极A、B所激发的电流。测量时电极极距a选择从4cm到约35cm。电极对称布设，以一点中心，极距向两侧不断增大。

万用表法测试示意如图2，把万用表笔放在两端的铜线测量。其中充填物为硫酸铜溶液搅拌成的泥浆，作用是粘合试样和铝片，用硫酸铜溶液制成泥浆可以减少接触电阻，以增加测量时的稳定性。采用PVC管不仅可以从现场取样，在测量时还可以减少周围环境对测量的干扰，而且使试样的形状非常规则，便于计算。

图2万用表法示意图

电阻率计算公式为,式中为试样电阻率，为所测试样电阻，为试样截面积，为试样长度。

3测试结果

首先对粘土进行了现场测试，测试点位于一粘土土坡上，除去表面约20cm松散土层后进行测量，在三个不同地点测量，测试结果见图3。

从图3中可以看出，当极距a增大到11cm后，粘土电阻率测量值趋于稳定。

砂样取自建筑工地现场，在砂堆中整平一块场地，拍实后测量，在三个不同地点测量，结果见图4。

从图4可以看出，当极距增大到14cm后，砂电阻率测量值趋于稳定。

淤泥取自河塘干涸后露出的场地，淤泥中含有腐烂的杂草，在三个不同地点测量，测试结果见图5。

从图5可以看出，当极距增大到19cm后，淤泥电阻率测量值趋于稳定。

杂填土电阻率测量选在室外场地，除去表层的根植土后再测量，在三个不同地点测量，结果见图6。

图3电阻率与极距的关系

图4电阻率与极距的关系

图5电阻率与极距的关系

图6电阻率与极距的关系

从图6可以看出，当极距增大到21cm后，杂填土电阻率测量值趋于稳定。

万用表法测试结果与四极法比较见表1，其中电阻率单位为Ωm。在用万用表法时，计算中要扣除两端的接触电阻。

表1两种方法所测值比较

万用表法与四极法比较，差值百分比为13.24%。万用表法测土体电阻率时，其值一般要大于四极法，本实验中四极法测量时采用的是室内制样，用PVC管装样时对样品不可避免大产生扰动，土体原有结构受到破坏，致使电阻率增大。但是对于13.24%的偏差是完全可以接受的。

4讨论

四极法现场测电阻率时，极距增大后所测深度也随之增大，文中所选极距从4cm~35cm，最大深度约为40cm，而在40cm范围内，土体电阻率的变化是很小的，可以忽略，加上四极法现场测量对深度的敏感性较低[4]，因此文中的实测数据可以忽略深度的影响。

从四极法测量的结果来看，粘土、砂、淤泥、杂填土的收敛极距分别为11cm、14 cm、19 cm、21 cm。可以发现土体越均匀，内含杂质越少，测量时的收敛极距越小，土体类型不同收敛极距也不同，就算是相同土体，土体的物质组成、均匀性、结构性不同，它的收敛极距也不同，在现场测量时应选择多个极距测量，直到电阻率测量值趋于稳定时再终止测量，取稳定后的电阻率值为工程所用。

在用万用表法时，两端的接触电阻要考虑，如果直接测量两端的接触电阻会增大误差，可以选择不同长度的试样分别测出其电阻，再绘出电阻与长度的关系曲线图，图中拟合曲线的截距就是接触电阻[5]，然后在计算中除去该部分电阻即可。

试验中，PVC管的内径为3.8cm，取长度分别为4cm、6 cm、8 cm、10 cm、12 cm、14cm，试样取粘土样，结果如图7所示。

万用表法属于直接测量法，直接测得试样电阻，或者把试样放在一个电流回路中，测得试样的电位差、电流，然后通过试样的截面积和长度计算得到电阻率。对于这种直接测量法，市面上有专门的样品测试架，但是为了得到规则的形状，要对样品进行加工，而且在装样时对土体的扰动较大，所以操作时比较麻烦，选择PVC管来取样测量，可以解决这一问题。

图7试样电阻与长度的关系

5结论

通过对两种土体电阻率现场测试方法的试验研究，采用四极法时，要注意极距的选择，多选择几种极距来测量，最终以电阻率值稳定时为准，土体情况不同时，收敛极距也不同。文中出现的收敛极距只是针对本试验土样，不是所有土体都是如此。现场四极法测得的土体电阻率值比实际值偏小，在工程中应注意。

万用表法测土体电阻率所得值完全可信，而且测量手法简单，操作方便，可以应用到工程中。

参考文献

[1]查甫生,刘松玉,杜延军.电阻率法在地基处理工程中的应用探讨[J]. 工程地质学报,2006,14(5):637~643.

[2]蒋建平,阎长虹,徐鸣洁,等.苏通大桥地基中深厚软土电阻率试验研究[J].岩土力学,2007,28(10):2077~2082。

[3]缪林昌,刘松玉,阎长虹.电阻率法在粉喷桩质量检测中的应用[J].建筑结构,2001,31(8):63~65.

[4]查甫生,刘松玉,杜延军,等.土的电阻率原位测试技术研究[J].工程勘察,2009(1):18~23。

[5]刘松玉,查甫生,于小军.土的电阻率室内测试技术研究[J].工程地质学报,2006,14(2):216~222.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。