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土壤饱和含水量检测

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发布时间：2025-07-29 09:37:00 更新时间：2025-07-28 09:37:00

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

土壤饱和含水量检测

土壤饱和含水量（Saturated Water Content），也称为饱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）完全被水充满时所保持的水分含量。它是土壤物理性质的一个重要指标，反映了土壤容纳水分的最大能力。准确测定土壤饱和含水量对于农业灌溉管理、水土保持、水文建模、土壤改良、地基基础工程（如评估土壤膨胀性、抗液化能力）以及环境工程（如污染物迁移研究）等领域具有极其重要的意义。它直接关系到植物的有效供水、地下水补给、土壤侵蚀潜力以及工程地基的稳定性评估。

检测项目

土壤饱和含水量检测的核心项目就是直接测定土壤样品在饱和状态下的质量含水量（通常以干土质量的百分比表示，g/100g）或体积含水量（cm³/cm³）。根据测定结果，常常可以关联或推其他重要的土壤物理参数，例如：

孔隙度： 饱和含水量（体积含水量）数值上近似等于土壤的总孔隙度（需考虑溶解空气影响）。
毛管孔隙度与非毛管孔隙度： 结合田间持水量测定，可区分毛管孔隙和非毛管孔隙的比例。
土壤饱和导水率： 是计算或评估土壤饱和导水率（渗透系数）的重要基础参数。

检测仪器

进行土壤饱和含水量检测所需的主要仪器设备包括：

环刀： 最常用且标准的取样工具，通常为不锈钢材质，具有固定容积（如100 cm³）。其作用是采集原状土或扰动土样品，并保持其原始结构或控制样品的体积。
天平： 高精度电子天平（感量至少0.01g），用于精确称量环刀及土样在烘干前后的质量。
饱和装置：
- 真空抽气饱和装置： 包括真空泵、真空干燥器（或真空缸）和连接管路。通过抽真空排出土壤孔隙中的空气，并在负压下使水快速渗入土壤孔隙实现饱和。此法效率高，饱和程度好，是推荐的标准方法所需设备。
- 自由吸水饱和装置（毛管饱和法）： 可将装有土样的环刀置于底部有吸水的多孔板（或滤纸）上，让水从底部毛细管上升浸透土样。此法较慢，常用于对扰动土或渗透性较好的土壤。
- 煮沸饱和装置： 简单的烧杯、电炉或电热板即可。通过煮沸驱除空气并达到饱和。
烘箱： 恒温控制（通常设定为105-110°C），用于烘干土壤样品至恒重。
干燥器： 内置干燥剂（如硅胶），用于冷却烘干后的土样，防止吸湿。
其他辅助工具： 切土刀、铝盒、滤纸、毛巾、蒸馏水（或去离子水）、量筒、计时器等。

检测方法

最常用且推荐的标准方法是环刀法（结合真空饱和或煮沸饱和），基本步骤如下（以原状土真空饱和为例）：

取样： 清洁并称量环刀质量（W₁）。将环刀垂直压入欲测土层，取得原状土样。削平环刀两端多余的土，使土样体积恰好等于环刀容积。小心擦净环刀外壁粘附的土壤。
试样初始称重： 称量装有湿土样的环刀总质量（W₂）。
饱和处理：
- 真空饱和法（推荐）： 将环刀放入真空干燥器内，注入蒸馏水至淹没环刀顶部数厘米。密封干燥器，开启真空泵持续抽气（一般维持0.05 MPa左右的真空度）一段时间（通常1-2小时或直至无气泡溢出），然后保持真空状态静置数小时（如4小时以上或过夜）。缓慢解除真空，让空气进入，土样在常压下继续吸水饱和（通常再静置数小时或过夜）。取出环刀，用湿润毛巾吸去环刀外壁及底部多余的水分（注意不吸走孔隙水）。
- 煮沸饱和法： 将装有土样的环刀放入盛水的烧杯中，缓慢加热煮沸，持续煮沸一段时间（如砂土0.5小时，粘土1小时以上），直至无气泡冒出。停止加热，让其在水中自然冷却至室温（通常需静置4小时以上）。取出环刀，用湿润毛巾吸去环刀外壁及底部多余的水分。
饱和试样称重： 立即称量饱和后环刀+饱和土样+环刀内自由水的总质量（W₃）。
烘干与称重： 将饱和后的土样（连同环刀）放入烘箱，在105-110°C下烘至恒重（通常需8-12小时或以上）。取出后放入干燥器冷却至室温，称量环刀+烘干土样的质量（W₄）。
计算：
- 干土质量 Md = W₄ - W₁
- 饱和土样中水的质量 Mw_sat = W₃ - W₄
- 土壤饱和质量含水量 θ_{m, sat} (%) = (Mw_sat / Md) × 100%
- 土壤饱和体积含水量 θ_{v, sat} (%) = (Mw_sat / V) × 100% （V为环刀容积，cm³；Mw_sat单位为g时，数值上等于 θ_{m, sat} × 土壤干容重 / 水密度，水密度视为1 g/cm³）

注意事项： 对于扰动土，需按要求的容重将风干过筛的土壤装入环刀中，再进行饱和处理。自由吸水饱和法耗时较长（可能需数天），且饱和程度可能不如真空法。

检测标准

土壤饱和含水量的检测主要遵循以下国家和行业标准，这些标准详细规定了仪器设备、操作步骤和结果计算：

国家标准：
- GB/T 50123-2019 《土工试验方法标准》： 这是国内最权威的土工试验标准。其中第5章“含水率试验”提供了基本的质量含水量测定方法（烘干法）。第7章“界限含水率试验”（涉及液塑限）和第18章“渗透试验”的相关章节通常会提及或要求测定饱和含水率，其核心方法即为环刀法结合真空饱和或煮沸饱和，具体操作要求参照该标准。
国际标准：
- ISO 11274:2019 Soil quality — Determination of the water-retention characteristic — Laboratory methods： 该标准主要针对土壤水分特征曲线测定，但在测定高吸力段（接近饱和）时，其饱和处理步骤（真空饱和）是测定饱和含水量的基础。
- 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： 美国材料与试验协会标准，同样在建立脱湿曲线时要求对试样进行饱和处理（通常采用真空饱和法），饱和含水量的测定是其重要步骤之一。
行业标准/规范： 农业、林业、水利、环境、地质工程等行业也可能有相关的具体规范或操作规程，其测定方法通常基于国家标准GB/T 50123或ISO/ASTM标准。