2.3 路基土的电磁波传播参数_铁路车载探地雷达路基检测技术-QQ阅读古言女生网

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2.3　路基土的电磁波传播参数

土体的电导率和介电常数是由土颗粒和孔隙特性组合得到的。在密度较高的聚集体中，土的颗粒占据了大部分体积，土的颗粒性质对混合体的性质影响很大。一般为了简化计算，假设土的电导率很低。

土的介电常数受以下因素影响。

（1）土的颗粒大小。细颗粒土由于吸水使其电导率和介电常数比粗颗粒土的电导率和介电常数高。含水量的增加，导致电导率和介电常数都提高。另外，孔隙流体中电解液的变化也影响土的导电率和介电常数。细粒土，特别是黏土，介电常数为10～20，而粗粒土的介电常数为4～10。

（2）土的密实度。土的密度变化仅改变土的孔隙度，并不改变土颗粒和孔隙流体的电导率和介电常数。土的密实度增加，介电常数增加，而土的孔隙度增加，会使土的介电常数减小。

（3）土的湿度。随着土中湿度的增加，土的体积含水率增大，土的介电常数也增大。土的吸水量越大，介电常数越大。

可以看出，含水量对土的影响非常大。不同的土，其介电常数对土的含水率的敏感程度也不同。砂土比粉土敏感，粉土比黏土敏感。

水是产生路基病害的重要因素，下面介绍水在土中的存在形式和不同类型的水对土性质的影响，以及土的含水量与土的状态之间的关系，从中找出土的介电常数和土的状态之间的联系，以便用实测的土的介电常数判断土的状态。

2.3.1　土中水的分类

我国将土中的水分为结合水、自由水和重力水三类，见表2.8。国外将土中的水分为吸附水（分为强吸附水和弱吸附水）、黏滞水或者毛细水、自由水。

表2.8　土中的水的分类

我国土力学将结合水又分为强结合水和弱结合水，并将强结合水、弱结合水和自由水与土的状态联系在一起，如图2.7所示。

在土颗粒表面形成一定厚度的水膜称为结合水。强结合水是紧靠土颗粒表面的结合水膜，亦称吸着水。强结合水的性质接近固体，黏性土中只含有强结合水时呈固体状态，磨碎后则成粉末状态。弱结合水是紧靠强结合水的外围而形成的结合水膜，亦称薄膜水。当土中含有较多的弱结合水时，土具有一定的可塑性。弱结合水的厚度对黏性土的黏性特征及工程性质有很大影响。弱结合水离土粒表面越远，其受到的电分子吸引力越弱，并逐渐过渡到自由水。

土的含水量很低时，水都被颗粒表面的电荷紧紧吸着于颗粒表面，成为强结合水。当土粒之间只有强结合水时，按水膜厚薄不同，土表现为固态和半固态。

当含水量增加时，土中的水使强结合水层达到最大，刚好开始形成弱结合水层时的含水量即为塑限。

图2.7　土中的水与土的状态

当含水量增加时，被吸附在土颗粒周围的水膜加厚，土粒周围除了强结合水外还有弱结合水。弱结合水呈黏滞状态，不能传递静水压力，不能自由流动，但受力时可以变形，能从水膜较厚处向较薄处移动，即弱结合水膜可以变形。

当含水量继续增加，弱结合水层已达到最大，在弱结合水层外侧，已有相当数量的水处于电场引力影响之外，称为自由水。这时土颗粒之间被自由水所隔开，土体不能承受任何剪应力，呈现流动状态，这就是液限含水量，即弱结合水层已达到最大，刚好出现自由水，土颗粒之间开始被自由水所分开时的含水量。

2.3.2　土的介电常数与土的状态之间的关系

国外用探地雷达检测公路路基，常用路基土的介电常数评价土的工程特性，见表2.9和表2.10（据Saarenketo，2006）。大多数土壤为固相时，含水量达到强结合水时，介电常数在4～9之间；当土的含水量使强结合水增厚（变为半固体），介电常数为9～16；当土的含水量使强结合水层达到最大时，介电常数为16，即达到土的塑限，开始出现弱结合水；当土的含水量使弱结合水层达到最大之前，土是塑性变形，介电常数为16～28，在这个阶段，土易变形、易冻、承载力降低；当土的含水量增加，使弱结合水层达到最大，并且出现自由水，即达到土的液限。当土的含水量大于液限，介电常数大于28（流塑），土处于不稳定状态。

表2.9　根据介电特性评价土和无黏性路基材料的质量