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土壤飽和含水量檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-29 09:37:00 更新時(shí)間：2025-07-28 09:37:00

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

土壤飽和含水量檢測(cè)

土壤飽和含水量（Saturated Water Content），也稱為飽和持水量或最大持水量，是指土壤中所有孔隙（包括毛管孔隙和非毛管孔隙）完全被水充滿時(shí)所保持的水分含量。它是土壤物理性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，反映了土壤容納水分的最大能力。準(zhǔn)確測(cè)定土壤飽和含水量對(duì)于農(nóng)業(yè)灌溉管理、水土保持、水文建模、土壤改良、地基基礎(chǔ)工程（如評(píng)估土壤膨脹性、抗液化能力）以及環(huán)境工程（如污染物遷移研究）等領(lǐng)域具有極其重要的意義。它直接關(guān)系到植物的有效供水、地下水補(bǔ)給、土壤侵蝕潛力以及工程地基的穩(wěn)定性評(píng)估。

檢測(cè)項(xiàng)目

土壤飽和含水量檢測(cè)的核心項(xiàng)目就是直接測(cè)定土壤樣品在飽和狀態(tài)下的質(zhì)量含水量（通常以干土質(zhì)量的百分比表示，g/100g）或體積含水量（cm3/cm3）。根據(jù)測(cè)定結(jié)果，常?？梢躁P(guān)聯(lián)或推其他重要的土壤物理參數(shù)，例如：

孔隙度： 飽和含水量（體積含水量）數(shù)值上近似等于土壤的總孔隙度（需考慮溶解空氣影響）。
毛管孔隙度與非毛管孔隙度： 結(jié)合田間持水量測(cè)定，可區(qū)分毛管孔隙和非毛管孔隙的比例。
土壤飽和導(dǎo)水率： 是計(jì)算或評(píng)估土壤飽和導(dǎo)水率（滲透系數(shù)）的重要基礎(chǔ)參數(shù)。

檢測(cè)儀器

進(jìn)行土壤飽和含水量檢測(cè)所需的主要儀器設(shè)備包括：

環(huán)刀： 最常用且標(biāo)準(zhǔn)的取樣工具，通常為不銹鋼材質(zhì)，具有固定容積（如100 cm3）。其作用是采集原狀土或擾動(dòng)土樣品，并保持其原始結(jié)構(gòu)或控制樣品的體積。
天平： 高精度電子天平（感量至少0.01g），用于精確稱量環(huán)刀及土樣在烘干前后的質(zhì)量。
飽和裝置：
- 真空抽氣飽和裝置： 包括真空泵、真空干燥器（或真空缸）和連接管路。通過(guò)抽真空排出土壤孔隙中的空氣，并在負(fù)壓下使水快速滲入土壤孔隙實(shí)現(xiàn)飽和。此法效率高，飽和程度好，是推薦的標(biāo)準(zhǔn)方法所需設(shè)備。
- 自由吸水飽和裝置（毛管飽和法）： 可將裝有土樣的環(huán)刀置于底部有吸水的多孔板（或?yàn)V紙）上，讓水從底部毛細(xì)管上升浸透土樣。此法較慢，常用于對(duì)擾動(dòng)土或滲透性較好的土壤。
- 煮沸飽和裝置： 簡(jiǎn)單的燒杯、電爐或電熱板即可。通過(guò)煮沸驅(qū)除空氣并達(dá)到飽和。
烘箱： 恒溫控制（通常設(shè)定為105-110°C），用于烘干土壤樣品至恒重。
干燥器： 內(nèi)置干燥劑（如硅膠），用于冷卻烘干后的土樣，防止吸濕。
其他輔助工具： 切土刀、鋁盒、濾紙、毛巾、蒸餾水（或去離子水）、量筒、計(jì)時(shí)器等。

檢測(cè)方法

最常用且推薦的標(biāo)準(zhǔn)方法是環(huán)刀法（結(jié)合真空飽和或煮沸飽和），基本步驟如下（以原狀土真空飽和為例）：

取樣： 清潔并稱量環(huán)刀質(zhì)量（W?）。將環(huán)刀垂直壓入欲測(cè)土層，取得原狀土樣。削平環(huán)刀兩端多余的土，使土樣體積恰好等于環(huán)刀容積。小心擦凈環(huán)刀外壁粘附的土壤。
試樣初始稱重： 稱量裝有濕土樣的環(huán)刀總質(zhì)量（W?）。
飽和處理：
- 真空飽和法（推薦）： 將環(huán)刀放入真空干燥器內(nèi)，注入蒸餾水至淹沒(méi)環(huán)刀頂部數(shù)厘米。密封干燥器，開啟真空泵持續(xù)抽氣（一般維持0.05 MPa左右的真空度）一段時(shí)間（通常1-2小時(shí)或直至無(wú)氣泡溢出），然后保持真空狀態(tài)靜置數(shù)小時(shí)（如4小時(shí)以上或過(guò)夜）。緩慢解除真空，讓空氣進(jìn)入，土樣在常壓下繼續(xù)吸水飽和（通常再靜置數(shù)小時(shí)或過(guò)夜）。取出環(huán)刀，用濕潤(rùn)毛巾吸去環(huán)刀外壁及底部多余的水分（注意不吸走孔隙水）。
- 煮沸飽和法： 將裝有土樣的環(huán)刀放入盛水的燒杯中，緩慢加熱煮沸，持續(xù)煮沸一段時(shí)間（如砂土0.5小時(shí)，粘土1小時(shí)以上），直至無(wú)氣泡冒出。停止加熱，讓其在水中自然冷卻至室溫（通常需靜置4小時(shí)以上）。取出環(huán)刀，用濕潤(rùn)毛巾吸去環(huán)刀外壁及底部多余的水分。
飽和試樣稱重： 立即稱量飽和后環(huán)刀+飽和土樣+環(huán)刀內(nèi)自由水的總質(zhì)量（W?）。
烘干與稱重： 將飽和后的土樣（連同環(huán)刀）放入烘箱，在105-110°C下烘至恒重（通常需8-12小時(shí)或以上）。取出后放入干燥器冷卻至室溫，稱量環(huán)刀+烘干土樣的質(zhì)量（W?）。
計(jì)算：
- 干土質(zhì)量 Md = W? - W?
- 飽和土樣中水的質(zhì)量 Mw_sat = W? - W?
- 土壤飽和質(zhì)量含水量 θ_{m, sat} (%) = (Mw_sat / Md) × 100%
- 土壤飽和體積含水量 θ_{v, sat} (%) = (Mw_sat / V) × 100% （V為環(huán)刀容積，cm3；Mw_sat單位為g時(shí)，數(shù)值上等于 θ_{m, sat} × 土壤干容重 / 水密度，水密度視為1 g/cm3）

注意事項(xiàng)： 對(duì)于擾動(dòng)土，需按要求的容重將風(fēng)干過(guò)篩的土壤裝入環(huán)刀中，再進(jìn)行飽和處理。自由吸水飽和法耗時(shí)較長(zhǎng)（可能需數(shù)天），且飽和程度可能不如真空法。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

土壤飽和含水量的檢測(cè)主要遵循以下國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了儀器設(shè)備、操作步驟和結(jié)果計(jì)算：

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：
- GB/T 50123-2019 《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》： 這是國(guó)內(nèi)最權(quán)威的土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。其中第5章“含水率試驗(yàn)”提供了基本的質(zhì)量含水量測(cè)定方法（烘干法）。第7章“界限含水率試驗(yàn)”（涉及液塑限）和第18章“滲透試驗(yàn)”的相關(guān)章節(jié)通常會(huì)提及或要求測(cè)定飽和含水率，其核心方法即為環(huán)刀法結(jié)合真空飽和或煮沸飽和，具體操作要求參照該標(biāo)準(zhǔn)。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：
- ISO 11274:2019 Soil quality — Determination of the water-retention characteristic — Laboratory methods： 該標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)土壤水分特征曲線測(cè)定，但在測(cè)定高吸力段（接近飽和）時(shí)，其飽和處理步驟（真空飽和）是測(cè)定飽和含水量的基礎(chǔ)。
- ASTM D6836-16 Standard Test Methods for Determination of the Soil Water Characteristic Curve for Desorption Using Hanging Column, Pressure Extractor, Chilled Mirror Hygrometer, or Centrifuge： 美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，同樣在建立脫濕曲線時(shí)要求對(duì)試樣進(jìn)行飽和處理（通常采用真空飽和法），飽和含水量的測(cè)定是其重要步驟之一。
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范： 農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、環(huán)境、地質(zhì)工程等行業(yè)也可能有相關(guān)的具體規(guī)范或操作規(guī)程，其測(cè)定方法通?；趪?guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50123或ISO/ASTM標(biāo)準(zhǔn)。