50Hz低频下交流电阻率变化特性分析

金梦

摘 要：采用伏安法对50Hz低频交流电下的土体电阻率进行测量，测试结果数据表明电阻率的值与温度，含水率，干密度有关，随着温度变化变大，而负温情况下电阻率随含水率先减小后增加，随着干密度增加线性减小。

关键词：电阻率；干密度；温度；含水率

中图分类号：TU411.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）15-0052-02

Abstract： The resistivity of soil under low frequency alternating current of 50Hz is measured by voltammetry. The results show that the resistivity is related to temperature， water content and dry density， and increases with the change of temperature. Under negative temperature， the resistivity decreases first and then increases with water content， and decreases linearly with the increase of dry density.

Keywords： resistivity； dry density； temperature； moisture content

1 概述

土体是多空隙复杂介质，对于这种物质，内部性质在不同位置处有不同的表现，要对土体的性质进行全方面的考察检验往往很麻烦，尤其在室外施工现场等地，常规的探测方法就是钻探与坑探，但是这些方法首先取点离散，其次会对土体造成损伤，因此越来越多的无损检测在岩土工程领域得到发展，目前在各种类型的土中应用都较为广泛，例如：黄土、膨胀土、分散土、冻土、盐渍土等[1-5]。本文就哈尔滨附近某处深层的黄土进行电阻率试验。

2 试验方法及仪器选定

根据电阻率测试的原理以及应用电路不同主要有电桥法和伏安法。电桥法的测试理念是通过调节内部可变电阻的值，达到电桥臂平衡，使检验电流为零，核心在于调节，其优点是比较准确；伏安法是利用欧姆定律，通过计算得到实际电阻值，但是交流下会有电容电感效应，并且大小与频率有关，因此高频交流电下结果可能失真，但是由于伏安法操作简便，仪器价格低廉，且本实验选定的激励源为50Hz较小，故本实验选择用伏安法。

根据电极的数量可以二极法和四极法，这两种方法最大的区别就在于接触电阻的大小，二极法有接触电阻的影响但是操作方便，而四极法虽然比较精确，但是对土的扰动大，尤其本试验会涉及负温下的电阻率测量，四极法一方面很难插入冻土中，另一方面对冻土扰动很大，反会使数值失真，因此综上采用二极法进行测量，但是为了尽量减小接触电阻的扰动，两端必须采取相应的处理，本试验采用导电胶降低接触电阻。

其余的试验仪器还有恒温箱，导线，50Hz变压器，根据米勒盒改装的测试盒（自带伸缩功能，可以适应冻土冻胀后长度变化），铜板，万用表，导电胶等。

3 试验步骤

首先对采取的土样进行风干，并进行基本的试验检测，主要得出了下面一些基本指标值，详细数值见下表1：

根据表2因素与水平做出相应的土壤试件，该试件采用了三轴试验中的模具，制做出相应的土件。并将土壤试件连接到电流中去进行测量，并记录数据。

4 试验数据分析

4.1 50Hz下温度与电阻率的关系

将电阻率数据取自然对数，并绘制随温度变化的曲线，见图1，由图1可以看出：随着温度降低，曲线整体是向下发展的，也即随着温度的降低，电阻率对数值都是逐渐增加的；曲线由曲率变化形态大致分为两大部分，第一部分变化较快，曲线形态较陡，第二部分曲线变化较慢，形态较缓。这是因为温度变低的过程液体的粘滞程度在增加，土中水的活动度在减小，所以导电性能减弱，当负温时土中水结冰，导致电阻率骤增，所以正温段的电阻率上升程度低于负温段。

4.2 50Hz下含水率与电阻率的关系

根据电阻率的数据绘制了电阻率与含水率的关系曲线，见下图2。由图可知在温度较低时，-10℃和-17℃时随着含水率的增加电阻率出现转折点，该转折点位于14%左右，在这个含水率之前，随着含水率的增加电阻率降低，而在这个含水率之后，随着含水率增加，电阻率又开始增加。

4.3 50Hz下电阻率与干密度的关系

根据电阻率的实测数据绘制了电阻率与干密度之间的关系曲线，见下图3。由图可见，随着干密度的增加，电阻率呈现线性递减的变化趋势，根据其中两条代表性条曲线进行拟合，见表3。产生这种情况的原因是因为当干密度增加时土颗粒之间接触更紧密，并且负温下干密度的增加会使土水势增加，因此导电性更强。

5 结束语

50Hz下电阻率值随着温度的降低而增大；负温时随着含水率的增加電阻率数值先增加后减小；随着干密度的增加电阻率线性降低。

参考文献：

[1]徐凝睿.分散性土的电阻率特性研究[D].西北农林科技大学，2017.

[2]杨更社，高宇 ，田俊峰，等.冻融循环对黄土电阻率及水分迁移影响的试验研究[J].科学技术与工程，2016，16（35）：267-272.

[3]肖继涛，柳瑶，胡照广，等.三种典型冻土的电阻率特性对比分析[J].森林工程，2015，31（6）：116-121.

[4]韩立华，刘松玉，杜延军.温度对污染土电阻率影响的试验研究[J].岩土力学，2007，28（6）：1151-1155.

[5]刘松玉，储亚，徐磊，等.一种用电阻率进行膨胀土膨胀性能现场评价的方法[P].CN106680330A，2017.