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土壤飽和含水量檢測

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

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作者：中科光析科學技術(shù)研究所檢測中心

土壤飽和含水量檢測

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）完全被水充滿時所保持的水分含量。它是土壤物理性質(zhì)的一個重要指標，反映了土壤容納水分的最大能力。準確測定土壤飽和含水量對于農(nóng)業(yè)灌溉管理、水土保持、水文建模、土壤改良、地基基礎工程（如評估土壤膨脹性、抗液化能力）以及環(huán)境工程（如污染物遷移研究）等領域具有極其重要的意義。它直接關系到植物的有效供水、地下水補給、土壤侵蝕潛力以及工程地基的穩(wěn)定性評估。

檢測項目

土壤飽和含水量檢測的核心項目就是直接測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)測定結(jié)果，常?？梢躁P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)合田間持水量測定，可區(qū)分毛管孔隙和非毛管孔隙的比例。
土壤飽和導水率： 是計算或評估土壤飽和導水率（滲透系數(shù)）的重要基礎參數(shù)。

檢測儀器

進行土壤飽和含水量檢測所需的主要儀器設備包括：

環(huán)刀： 最常用且標準的取樣工具，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。通過抽真空排出土壤孔隙中的空氣，并在負壓下使水快速滲入土壤孔隙實現(xiàn)飽和。此法效率高，飽和程度好，是推薦的標準方法所需設備。
- 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（或濾紙）上，讓水從底部毛細管上升浸透土樣。此法較慢，常用于對擾動土或滲透性較好的土壤。
- 煮沸飽和裝置： 簡單的燒杯、電爐或電熱板即可。通過煮沸驅(qū)除空氣并達到飽和。
烘箱： 恒溫控制（通常設定為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、計時器等。

檢測方法

最常用且推薦的標準方法是環(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）一段時間（通常1-2小時或直至無氣泡溢出），然后保持真空狀態(tài)靜置數(shù)小時（如4小時以上或過夜）。緩慢解除真空，讓空氣進入，土樣在常壓下繼續(xù)吸水飽和（通常再靜置數(shù)小時或過夜）。取出環(huán)刀，用濕潤毛巾吸去環(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)煮沸一段時間（如砂土0.5小時，粘土1小時以上），直至無氣泡冒出。停止加熱，讓其在水中自然冷卻至室溫（通常需靜置4小時以上）。取出環(huán)刀，用濕潤毛巾吸去環(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，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： 對于擾動土，需按要求的容重將風干過篩的土壤裝入環(huán)刀中，再進行飽和處理。自由吸水飽和法耗時較長（可能需數(shù)天），且飽和程度可能不如真空法。

檢測標準

土壤飽和含水量的檢測主要遵循以下國家和行業(yè)標準，這些標準詳細規(guī)定了儀器設備、操作步驟和結(jié)果計算：

國家標準：
- GB/T 50123-2019 《土工試驗方法標準》： 這是國內(nèi)最權(quán)威的土工試驗標準。其中第5章“含水率試驗”提供了基本的質(zhì)量含水量測定方法（烘干法）。第7章“界限含水率試驗”（涉及液塑限）和第18章“滲透試驗”的相關章節(jié)通常會提及或要求測定飽和含水率，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準。
國際標準：
- ISO 11274:2019 Soil quality — Determination of the water-retention characteristic — Laboratory methods： 該標準主要針對土壤水分特征曲線測定，但在測定高吸力段（接近飽和）時，其飽和處理步驟（真空飽和）是測定飽和含水量的基礎。
- 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： 美國材料與試驗協(xié)會標準，同樣在建立脫濕曲線時要求對試樣進行飽和處理（通常采用真空飽和法），飽和含水量的測定是其重要步驟之一。
行業(yè)標準/規(guī)范： 農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、環(huán)境、地質(zhì)工程等行業(yè)也可能有相關的具體規(guī)范或操作規(guī)程，其測定方法通?；趪覙藴蔊B/T 50123或ISO/ASTM標準。