水理性质

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第152页（7810字）

(一)稠度

1．稠度 表示粘性土随着含水量的变化而表现出各种不同的物理状态。几种基本稠度状态的主要特征如表2－2－9。

表2－2－9 稠度状态的主要特征

2．塑性指数 是土壤分类和评定池板强度及其稳定性的重要指标。塑性指数由流限与塑限之差求得。

W_n=W_T－W_P (2－2－23)

式中 W_n——塑性指数

W_P——流限

W_P——塑限

粘性土按塑性指数分类标准见表2－2－10。

表2－2－10 土壤按塑性指数分类

(二)毛细性

水通过土的毛细孔隙受毛细作用向各方向运动的性能。毛细上升高度随粒组直径的增加而降低，见表2－2－11。

表2－2－11 各种土的毛细上升高度

(三)透水性

1．土壤渗透规律 土的透水性是指土体透过水的性能。渗透系数是反映盐田土壤渗透性大小的重要物理指标。

渗透速度与水力梯度大小成正比，单位时间内渗透过土壤的水量与土壤断面积和土体两端的水头差成正比，和土层厚度成反比。其关系式如下：

V=KI (2－2－24)

Q=KIA (2－2－25)

式中 V——渗透速度，即单位时间、单位面积上所渗透的水量(cm／s或m／d)

Q——单位时间内所渗透的水量(m³／d)

A——通过水流的土体断面积(m²)

K——渗透系数(cm／s m／d)

I——水力梯度(，H表示水头差，h表示在H的作用下，渗透土层厚度)

渗透系数是在标准温度(10℃或20℃)下蒸馏水在单位时间、单位土体断面积上的渗透量。因盐田渗透系数是在不同浓度卤水、不同温度下测定的，因此需按下式进行温度、浓度的订正：

温度订正：

式中 K_10(或20)——10℃或20℃时蒸馏水的渗透系数(cm／s)

K_t——实验温度时蒸馏水的渗透系数(cm／s)

t——实验时蒸馏水的温度(℃)

浓度订正：

式中 K_t——某浓度卤水，温度t℃时的渗透系数(cm／s)

η_m10(或20)——温度10℃或20℃时蒸馏水的粘度(Pa·s)

η_t——某浓度卤水在t℃时的粘度(Pa·s)

不同浓度海水、卤水在不同温度下与蒸馏水10℃时粘度的比值见表2－2－12。

表2－2－12 不同浓度海水在不同温度下与蒸馏水10℃时粘度比值表

2．影响土壤渗透的主要因素

(1)土壤粒径级配 土壤粘重、粒径越小，则渗透性也越小，见表2－2－13、2－2－14。

表2－2－13 不同分类的土壤渗透系数

表2－2－14 不同粒级土壤的透水性

(2)土壤密实度 同一种土壤密实度越大、孔隙度越小，则透水性越小，见表2－2－15。

表2－2－15 盐田土壤(重粉质壤土)的孔隙比和渗透系数的关系

(3)土壤矿物成分 土壤矿物成分影响土的孔隙和透水性见表2－2－16。

表2－2－16 不同矿物成分粒级的透水性

(4)扩散层厚度 粘性土的透水性随着置换性阳离子价数和水溶液的浓度增加而加大，见表2－2－17、2－2－18。

表2－2－17 置换阳离子对拉特宁粘土的透水性的影响

(按B．C．沙罗夫)

表2－2－18 水溶液的浓度对拉特宁Na⁺粘土透水性的影响

(按B．C．沙罗夫)

(5)水深的影响 卤水越深，土的透水性越大，见表2－2－19。

表2－2－19 渗透量与水深的关系

注①渗透量的计算值是根据K_t的平均值计算得出。

(6)地下水位的影响 地下水位越高，土壤的透水性越小，见表2－2－20。

表2－2－20 不同密实度土壤渗透量与地下水位的关系

3．土壤渗透性的测定 盐田土壤渗透性的测定方法种类很多，各地不一。现介绍下列几种方法。

(1)室内法(南55型渗透仪) 试验原理及计算结果见本书第二篇第二章第三节水理性质(三)。测定仪器为南55型渗透仪和常水头装置各一套(图2－2－7)。

图2－2－7 南55型渗透仪和常水头装置示意图

A－南55型渗透仪 B－常水头装置图

试验方法：

①用环刀取盐田原状土，然后削平环刀两端的余土，在削平的过程中，切勿用修土刀或钢丝锯在土样上往复涂抹，以免闭塞土中的孔隙。

②取削下的余土，测定其含水量，并称取环刀和土的合重，测定土样的容重(含水量和容重的测定方法见土壤常规分析)。

③将环刀轻轻放入套筒内，在套筒的两端各放上橡皮垫及净洁的透水石各一块，再装上、下盖，将螺杆扭紧。

④将渗透仪下盖的进水口与常水头装置中进水管连接，关管夹3及进水管的管夹，开管夹1、2，使水进入供水瓶内，并使供水瓶的排气管，排除瓶内的空气，直至供水瓶内的水完全充满时为止，关管夹1、2。

⑤开管夹3及进水管夹，与下盖的排气管夹，供水流入渗透仪，以排除管内及渗透仪器内的空气和气泡。

⑥关下盖排气管夹，使水自下而上地饱和土样，当上盖的出水口有水流出时，即认为土样已饱和

⑦开动秒表，用量筒接取经一定时间测记自出水口流出的渗透水量，并测记水头H及出水口的水温。

⑧按上法重复测记渗透量5～6次以上，并换算成水温10℃时的渗透系数，再求其算术平均值。

注意事项：

①土中如有残留气体的存在，对于渗透系数有极显着的影响，因此要求试验之前必须使土样充分饱和并排尽土中存留的空气。

②考虑到室内试验的结果，更能反映生产的实际情况，可采用实际生产上的卤水，经过煮沸、冷却、隔气等方法进行试验。如果取卤水有困难，也可用蒸馏水代替。

③齐环刀两端修平土面时，切勿用修土刀在土样上往复涂沫，以免堵塞土面上的孔隙，影响试验结果。

④仪器安妥后，检查各部位是否有漏水现象，水头是否稳定。如出水口有大量的水流出，说明环土未能密合，应重新取样试验。

⑤量筒口用湿棉花球覆盖其周围，以防水分蒸发。

(2)室外法

卤量平衡法 假设天空不降雨、地下不涌水，则蒸发池中总消耗的卤量应等于蒸发的水量和渗透损失的卤量之和。根据卤量平衡的原理，在蒸发池内安放一木制水位平衡器和静水位器(42×32×34cm)，用胶管连接，并在静水位器上安装水位测针，以测定蒸发池中总消耗的卤量。在该池内安放一木框(250×250×40cm)和静水位器，框内底部和四周用塑料薄膜衬垫，薄膜用热合胶结，使框内只有蒸发没有渗透，藉静水器上的水位测针，测定框内的蒸发水量。总耗卤量和蒸发量之差即该土壤的日渗透量。

此法也可直接用原状土制作两个大小相同的蒸发池进行对比试验。

试验方法是：

盐田蒸发池(或结晶池)——框式法

①选择当地具有代表性的蒸发池。

②将木框(250×250×40cm)、静水位器、平衡水位器安放在池内(图2－2－8)。在静水位器、平衡水位器上再安装水位测针。安装时，用水准仪校正水平并使水位测针的测杆垂直放置，若不成垂直时，可在支座上垫以铁片校正，然后再扭紧螺丝。

图2－2－8 框式卤量平衡安装示意图

③将框内5～10cm表土挖出，然后用已热合胶结的塑料铺底、围四周，再将土覆盖在塑料上压实。

④隔1～2天后，待池中卤水稳定，即可调节水位测针，开始测记。

用原状土制作的试验池——池式法

①选择地势平坦、土质一致，有代表性的试验点。

②在试验点上制作两个大小相同的原状土蒸发池，其规格，下口为2·4×2·4m，上口为2．8×2．8m、高40cm，边坡为1：0．5，如图2－2－9所示。

图2－2－9 池式卤量平衡安装示意图

③一个蒸发池用塑料铺底围四周(热合胶结成整体)，塑料上垫土5～10cm。该池只有蒸发没有渗透。

④另一蒸发池用塑料围四周，以防测渗。

⑤蒸发池制妥后，在池中分别安装木制静水位器及水位测针。灌卤后隔1～2天，待水位稳定后，定时观察测记。

上法可按下式计算水深：

式中 L——渗透水深(mm／d)

L₁——蒸发池总消耗水深(mm)

L₂——蒸发池蒸发水深(mm)

t——经历时间(d)

注意事项：

①铺塑料前，应将表土挖出后将池底整平，再把用热合胶结成整体的塑料铺上，然后才可覆盖表层的原状土。

②铺上塑料后，应将塑料下的空气赶尽；否则，因气温变化，将影响测渗结果。

③在地下水位较高的地区，则直接(不必将表土挖出)将塑料铺上后，即可覆土5～10cm。

毛细管快速测渗仪主要用以测定土壤的垂直渗透。将该仪器的无底密闭的圆筒(或称钢环)击入水面以下的土层，然后根据筒内卤水下渗量由浮在水面的测定管内的卤水补给，筒内卤水下渗的体积等于测定管内水柱移动的体积。即：

V_大=V_小 (2－2－30)

或πR²H_w=πr²h_w (2－2－31)

式中 R——圆筒半径(cm)

r——测定管半径(cm)

H_w——圆筒内水位变化距离(cm)

h_w——测定管水柱移动的距离(cm)

如观测时间以1小时计，则圆筒内1日卤水渗透的体积等于测定管1小时水柱移动的体积乘以24小时。

πR²H_w=πr²h^w×24

如：R=7．75cm r=0．20cm H_w=1cm

将上列数值代入(2－2－32)式中，则：

所以测定管在1小时内水柱移动62．56cm，相当于圆筒1日水位下降1cm。同理，可以算出不同的观测时间(15min、30min等)和不同的下渗量(H_w=1、0．9、0．8、0．7、0．6、……0．1cm)测定管水柱移动的距离。根据以上计算数值，可绘制测定管上的刻度标尺，由标尺上即可直接读出日渗透量(图2－2－10)。

图2－2－10 毛细管快速测渗仪安装示意图

试验方法是：

①在池中选择具有代表性的观测点。

②在无底圆筒上端垫一硬木块，用手锤将圆筒垂直击入土中，与周围的卤水完全隔绝，并保持筒内水面与池内水面相等，以减少水头差的影响。

③用吸水球使整个筒内充满卤水后，用连通器连接圆筒和测定管，然后将测定管用木架固定，并关闭阀门。注意管内不要夹带气泡和其他杂物。

④塞紧橡皮塞，使整个测定系统处于封闭状态，并检查各部位有无漏水、堵水现象，以免造成误差。

⑤待测定管内的水柱移动稳定后，即可开始测记。一般为15min、30min或1h测定一次。每个试验点连续测记6次，求其算术平均值。

注意事项：

①无底圆筒切不可倾斜，以免影响测渗结果。

②筒内土壤必须紧贴圆筒内壁，以防卤水沿筒壁流出。

③保持筒内水面与池中水面相等，防止水头差的影响。

④此法因筒内卤温受气温影响很大，筒内卤水易发生收缩、膨胀现象，需加保温措施或用卤水膨胀系数加以校正。宜在气温变化不大时测渗。

⑤这种仪器结构简单，测渗快；但因卤温和水头差的影响，测得结果常为近似值。

(四)抗水性

1．膨胀性 粘性土由于含水量增加而发生体积增大的性能。其主要变化规律是：

一般粘性土中所含粘粒组愈多，膨胀性愈强。

粘粒组中含粘土矿物愈多，膨胀性愈强。

粘土矿物以蒙脱土膨胀性最强，高岭土最小。

钠粘土的膨胀性大于钙粘土。离子对胶体的膨胀性顺序：Na⁺、K⁺＞Ca艹、Mg艹＞H⁺。

电解质的浓度大时可降低土壤的湿膨性能。

2．崩解性 粘性土由于含水量的增加而发生崩散解体的性能。土的崩解性规律是：

土壤越粘重，土的膨胀性越大，土的崩解性越大。

土体密实，崩解速度慢，经碾压密实的盐田熟泥，浸泡卤水后，不易崩解。

原始含水量越低，土体崩解性越大。所以在改滩和建滩过程中，采取晾晒干透，然后浸泡卤水，利用土的崩解性，使土块变成细碎的土粒来达到压实的目的

土中含有易溶盐、土的崩解速度快。

3．收缩性 土壤失去水分时体积变小的性能。土壤越粘重，原始含水量越大，土的收缩性越大。