2024年3月29日发(作者：)
南通地区 粉砂土电阻率影响因素浅析
摘要：土壤电阻率是指单位长度的土壤电阻的平均值与截面面积乘积，它是
表征土壤导电性的重要参数。本文通过室内试验研究了含水率、孔隙度及温度对
不同种类砂性土电阻率的影响，试验结果表明含水率、孔隙度及温度对粉砂土电
阻率的影响是明显的，粉砂土电阻率随着土样含水率的增加呈对数减小，而随着
孔隙度的增加呈对数增加关系；温度对砂土电阻率的影响形式与含水率和孔隙度
不同，粉砂土电阻率随着温度的增加呈线性减小的关系,并采用最小二乘法对试
验结果进行了回归分析，拟合曲线相关度较高，可为当地类似项目题目试验数据
参考。
关键词：土壤电阻率、含水率、孔隙度、温度
1引言
在自然界中，土壤的电学特性与岩土的种类、主要成分、温度、埋藏条件及
颗粒结构有关。电法勘探是以土层的电性差异为基础，利用仪器观测人工或天然
的电场变化或岩土体的电性差异解决地质问题的勘探方法，该方法近年来得到了
广泛的推广。在城市地质勘察工程中，土壤电阻率和大地导电率是经常遇到的两
个重要参数，也在电力系统设计等领域中具有重要的应用价值，需要现场测试获
得。其中，土壤电阻率由于其连续、快捷、无损的优点而被广泛使用，但土壤电
阻率的影响因素较多，需综合考虑，本文通过对多组分粉砂土样品的试验研究，
主要分析了不同含水率、孔隙度及温度的变化对粉砂土电阻率的影响，并对试验
结果进行了回归分析，对本地区的项目建设具有一定的借鉴意义。
2试验方法
电法勘探根据电场性质的不同，一般可以分为电阻率法、自然电场法、充电
法及激发极化法。土壤电阻率的测试方法很多，如地质判定法、双回路互感法、
自感法、线圈法、偶极法以及四电极测深法等，其中偶极法具有操作简单、试验
速度快、对土样干扰小等优点而被广泛使用，本文采用偶电极法进行试验（见图
1）。
图1 偶电极法
试样制备土主要以南通市崇川区某铸铁管道项目上部10.0m范围内的土层为
主要研究对象，该深度范围内土层均为第四纪河流相和滨海相沉积物。为制备粉
砂、细砂、中砂，需先将土样进行风干并采用标准筛对其进行筛分后分别制备，
将制备完成的粉砂、细砂、中砂样品进行烘干，烘箱温度控制为105℃，连续烘
烤12小时后对试样进行称量，直至每两小时称量的质量差小于0.1g为止。按照
试验设定的含水率，向一定量的试样中加入蒸馏水，密封后静置5小时，配置出
不同含水率的土样，将制备好的样品装入统一形状及容量的PVC管中妥善保存。
根据图1，偶极法试验时在试样两端施加电压U并测量回路内的电流强度I，
此时试样的电阻率可表述为：
公式（1）
式中ρ为土壤电阻率（Ω·m），U为试样两端电压（V），S为试样横截面
积（㎡），L为试样长度（m），I为电流强度（A）。
3试验结果分析
3.1含水率对电阻率的影响
试验过程中，分别对4组不同含水率（10%、20%、50%、80%）的粉砂、细砂
及中砂试样电阻率进行测试，试验室试样两次电压相同，粉砂、细砂及中砂试样
的孔隙度为（45±2）%、试验温度（20±2）℃，不同含水率的粉砂、细砂及中
砂电阻率试验结果见图2。
图2 不同含水率对粉砂、细砂及中砂电阻率的影响
根据试验结果，在试样孔隙率及温度基本稳定的条件下，粉砂土的电阻率随
着含水率的增加逐渐减小，呈对数关系；当含水率小于50%时，电阻率受土体含
水率的影响较大，含水率的较小变化会引起电阻率的迅速减小；当试样含水率大
于50%时，试样的电阻率基本趋于平稳，含水率的变化对电阻率影响较小；根据
试验结果可以预估，当饱和试样与80%含水率试样电阻率值相近。土颗粒主要通
过颗粒间的连结导电，当土壤的含水率较小时，颗粒外结合的水膜较薄，电阻率
高，导电性能差，而随着含水率的增加，土颗粒与颗粒之间以及颗粒与水之间接
触更为紧密，电阻率降低，导电性能得到显著改善；当含水率继续增加时，颗粒
孔隙间水相互连结，绝大部分孔隙已被导电性较好的水填满，此时继续增加的含
水率对电阻率影响较小。由于中砂土颗粒间的孔隙明显大于粉细砂，颗粒间水更
容易流通，这也导致中砂的电阻率的变化要明显大于粉细砂，因此在温度及孔隙
度相同的情况下，土壤电阻率随着颗粒粒度的减小而减小。对粉砂、细砂及中砂
含水率与电阻率的关系进行回归分析计算，结果见下表：
表1：砂土含水率与电阻率回归方程
土性
回归方程
相关系数
粉砂
y=-
34.21ln(x)+164.51
0.9096
细砂
y=-
55.97ln(x)+264.7
0.9721
中砂
y=-
75.7ln(x)+350.48
0.9670
根据砂土含水率与电阻率的回归方程可知，温度及孔隙度相同条件下，含水
率与电阻率之间呈对数减小关系，相关系数均大于0.90，具有较好的相关性。
3.2孔隙度对电阻率的影响
为测试不同孔隙度对粉砂土的影响，对含水率（80±2）%、试验温度20℃的
粉砂土进行了不同孔隙度（20±2%、30±2%、45±2%、60±2%）的电阻率测试，
不同孔隙度粉砂土电阻率试验结果见图3。
图3 不同孔隙度对粉砂土电阻率的影响
根据试验结果，粉砂土电阻率随着颗粒间的孔隙度的增加而增加。当颗粒间
孔隙度在较低范围值（小于45%）时，单位孔隙度的增加对粉砂电阻率的影响有
限，孔隙度由20%增加值45%时，电阻率试验值仅增加6Ω·m；当颗粒间孔隙度
在较高范围值（大于45%）时，单位孔隙度的增加对粉砂电阻率的影响较明显，
孔隙度由45%增加值70%时，电阻率试验值增加了19Ω·m；这说明当颗粒间孔隙
度增大时，粉砂土处于不饱和状态，粉砂土的导电介质开始由孔隙水转变为粉砂
颗粒，粉砂颗粒的导向性能弱于孔隙水，从而造成随着孔隙度的增加，导电性能
迅速减小，土壤电阻率增加，且在较高范围值（大于45%）时导电性减小更为明
显；通过对试验数据的回归分析，粉砂孔隙度与电阻率的关系可以表示为对数增
加的关系，详见图2，相关系数大于0.90，相关度较高。
3.3温度对电阻率的影响
对含水率（80±2）%、孔隙度（45±2）%的粉砂土进行不同温度（20±2℃、
40±2℃、80±2℃）条件下的电阻率测试，试验结果见图4。
图4温度对粉砂电阻率的影响
根据试验结果，温度对粉砂电阻率的影响是显著的，随着温度的增加，粉砂
电阻率呈减小的趋势；相比室温而言，粉砂的导电性在高温状态电阻率更小，导
电性更强，这说明四季及昼夜温差的变化对上部土体的电阻率均有一定的影响，
特别是针对南通地区冬季最低温度与夏季最高温度相差30℃的地区，在电法勘探
过程中，应重视温度对土壤导电性的影响。粉砂的电阻率与温度的回归曲线可用
线性方程表示，详见图4，相关系数0.9912，相关度高。土壤电阻率随温度增加
而减下的内在原因现阶段研究成果较少，根据中国科学技术大学出版的《实用无
功功率补偿技术》一书中的归纳，可能原因是颗粒间水的离解度随着温度而增加，
导致孔隙水矿化度增大，电阻率降低，该方向是未来研究的主要课题。
4结论
本文通过试验研究了不同含水率、孔隙度及温度对不同种类砂性土电阻率的
影响，试验结果表明含水率、孔隙度及温度对粉砂土电阻率的影响是明显的，可
以得到以下结论：
（1）粉砂土电阻率随着土样含水率的增加呈对数减小，而随着孔隙度的增
加呈对数增加关系；
（2）温度对砂土电阻率的影响形式与含水率和孔隙度不同，粉砂土电阻率
随着温度的增加呈线性减小的关系，原因较为复杂，但应重视四季及昼夜温差对
土壤导电性能的影响。
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