1 测试方法
1.1 电阻率测试方法
由物理学可知，电阻率是表征物质导电性好坏的物理参数，在数值上相当于电流垂直通过边长为1m的立方体均匀介质时所测得的电阻值，其单位
。在电法勘探中，通常采用对称四极法进行均匀各向同性介质电阻率的测定，下文简单介绍对称四极法测试原理。
图1 电阻率测试装置示意图
如图1所示，在供电电极A、B中间等间隔布设两个测量电极M、N，利用式（1）计算电阻率：
本试验采用传统的对称四极法，根据电极间距离利用式（2）进行电阻率的测量。
1.2 导热系数测定方法
导热系数测定技术一般包括稳态法和瞬态法。稳态法通过维持土柱两端恒定温度梯度，测定土样中的热通量来获得导热系数。由于平衡时间长，试样水分会在试样内运移并引起水分再分布，限制了这种方法的应用。瞬态法通过给试样施以较短时长的脉冲热量，测定一定位置处温度随时间的变化来获取热物性参数。由于加热量低、加热时间短且引起的水分对流可降至最低，瞬态法测定的试样热特性相对可靠。
对于均一初始温度下的各向同性均质土体，如果加热源为线形热源，线性热源发出的热脉冲呈放射状向周围传导。对于试样中的某一点，其温度随时间的变化可以表达为式（3）和式（4）：
对方程（5）求t的偏微分并使结果等于0，得到最大温度升高所对应的时间tm，并由此求得关于α的表达式如式（6）：
由于多探针法测试简单，测试效率高，并且利用一个加点源，周围多点测量便于提高测量精度，因此文章采用多探针法进行导热系数测试。
1.3 试验装置的设计
本文利用多探针热脉冲法和对称四极法原理，设计了一套进行电阻率与导热系数同步测量的试验装置。该试验装置主要由两部分组成：RTMS-5型传感器和试验数据采集系统。RTMS-5型传感器具有六根探针，其中3号探针为加热探针，其余5根探针为温度传感器。测导热系数时1、2、4、6号工作，将4个测量结果进行平均以提高导热系数的准确性；测试电阻率时2、5号探针作为供电极，而3、4号探针为测量极进行对称四极法测试电阻率。数据采集系统可自动记录数据计算介质的电阻率，同时绘制每个温度传感器测得温度随时间的变化曲线，并据此计算介质的导热系数。
2 结果及分析
2.1 试验条件
本试验利用标准筛分法，选择0～0.075mm、0.075～0.25mm、0.25～0.5mm、0.5～2mm 4个粒组为基本单元。利用这4个粒组按不同比例混合构成8种类型的土样，根据标准普氏压实试验，在改变含水量的条件下将不同粒组单元的土按设计好的比例混合压实，并保证每种类型不同饱和度的有效试样有7个。
2.2 试验结果
在每组试样的最大干密度不变的情况下，改变其饱和度分别测试其导热系数及电阻率。从导热系数与饱和度相关关系曲线中可以明显看出当饱和度＜30%时，随着饱和度的增加其导热系数显著增大，当饱和度＞40%时每组试样的导热系数变化均趋于平稳；分析电阻率与饱和度相关关系曲线，发现与导热系数随饱和度的变化关系相反，当饱和度＜30%时，随着饱和度的增加其电阻率明显减小，当饱和度＞40%时电阻率的变化均趋于平稳。
根据组成土体的土颗粒粒径不同将土样分3级，并将电阻率取倒数，即得电导率，分析不同级别下土体电导率、导热系数与饱和度之间的关系。从导热系数与饱和度相关关系曲线可以看出，单一粒组颗粒组成的土样，随粒径的减小，获得最大导热系数时的饱和度明显增加；同时随着粒径的减小，其电导率值迅速增加。从电导率与饱和度相关关系曲线可以看出，随着粒径＜0.25mm粒组百分含量的增加，试样取得最大导热系数时的饱和度也有所增加，电导率随饱和度的增加而减小，并且趋于稳定电导率值和导热系数值对应的饱和度随细粒含时的增加也有增大的趋势。当＜0.075mm粒径的百分含量≥80%时，试样随粘粒含量的增加其最大导热系数对应的饱和度增大。电导率随饱和度的增加迅速增加并趋于稳定，随粘粒含量的增加达到趋于稳定电导率值时对应的饱和度增大。综合分析可知，随饱和度的增加电导率的变化趋势与导热系数的变化趋势相近。说明电导率与导热系数之间呈正相关关系，而电阻率与导热系数之间呈负相关关系。
2.3 相关性分析
3 结论与建议
（1）相同粒径的土随着饱和度的增加其导热系数增加，但当饱和度达到某一临界值时，其导热系数趋于稳定；随着细粒土含量的增加达到稳定导热系数的界限饱和度是增大的。
（2）土体的电阻率随饱和度的增加迅速降低，当饱和度增加到某一界限值时，其电阻率趋于稳定。并且，随细粒含量的增加达到稳定电阻率值时的饱和度值增大。
（3）从试验数据统计分析初步确立了土体电阻率的自然对数与其导热系数呈线性负相关的关系表达式，证明利用土体的电阻率推断土体导热系数是可行的。
（4）尽管所取试样考虑了粒度成分以及含水量等因素的影响，但由于不同地区的土体其粒度成分和矿物成分的差异较大，因此进一步研究该关系方程的普遍适用性将是续本研究之后需进一步研究的主要内容。
4 结语
综上所述，本研究利用饱和度为中间变量，测量不同类型土样在不同饱和度状态下的导热系数及电阻率，探索基于饱和度的电阻率与导热系数的变化规律，进一步获取导热系数与电阻率的相关关系表达式，值得推广应用。
参考文献
[1]周蜜，王建国，黄松波，等．土壤电阻率测量影响因素的试验研究[J]．岩土力学，2011，（11）.
[2]查甫生，刘松玉，杜延军，等．土的微结构特征对其电阻率的影响试验研究[J]．工程勘察，2008，（10）.
收稿日期：2018-03-02
作者简介：武传鹏（1985-），男，山东沂水人，供职于中交第一航务工程勘察设计院有限公司，硕士，研究方向：地质勘察及物探。
