附录B
(规范性附录)
土壤电阻率的测量
B.1总则
B.1.1测量目的
为解决本标准中涉及土壤电阻率ρ的相关规定和计算公式中的要求,附录B引用了 GB/T 17949.1—2000的相关内容。
B.1.2 一般原则
B.1.2.1 土壤电阻率是土壤的一种基本物理特性,是土壤在单位体积内的正方体相对两面间在一定电场作用下,对电流的导电性能。一般取每边长为10 mm的正方体的电阻值为该土壤电阻率ρ,单位为 Ω·m。
B.1.2.2 土壤电阻率的影响因子有:土壤类型、含水量、含盐量、温度、土壤的紧密程度等化学和物理性质,同时土壤电阻率随深度变化较横向变化要大很多。因此,对测量数据的分析应进行相关的校正。本标准只对接地装置所在的上层(几米以内)土壤层进行测量,不考虑土壤电阻率的深层变化。
B.1.2.3在进行土壤电阻率测量之前,宜先了解土壤的地质;和地质构造,并参见表B.1,对所在地土壤电阻率进行估算。
表B.1地质期和地质构造与土壤电阻率
土壤电阻率/Ω·m |
第四纪 |
白垩纪
第三纪
第四纪 |
石炭纪
三叠纪 |
寒武纪
奥陶纪
泥盒纪 |
寒武纪前
和寒武纪 |
1(海水) |
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10 (特低)
30(甚低)
100 (低)
300 (中)
1000(高)
3000(甚高)
10000(特高)
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砂质黏土
黏土
白垩 |
白垩
暗色岩
辉绿岩
页岩
石灰石
砂岩 |
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页岩
石灰石
砂岩
大理石 |
砂岩
石英岩
板石岩
花岗岩
片麻岩 |
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表层为砂砾和石子的土壤 |
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B.1.2.4 土壤电阻率的测量方法有:土壤试样法、三点法(深度变化法)、两点法(西坡Shepard 土壤电阻率测定法)、四点法等,本标准主要介绍四点法。
B.1.2.5在采用四点法测量土壤电阻率时,应注意如下事项:
a) 试验电级应选用钢接地棒,且不应使用螺纹杆。在多岩石的土壤地带,宜将接地棒按与铅垂方向成一定角度斜行打入,倾斜的接地棒应躲开石头的顶部;
b) 试验引线应选用挠性引线,以适用多次卷绕。在确实引线的长度时,要考虑到现场的温度。引线的绝缘应不因低温而冻硬或皲裂。引线的阻抗应较低;
c) 对于一般的土壤,因需把钢接地棒打入较深的土壤,宜选用质量为2 kg〜4 kg的手锤;
d) 为避免地下埋设的金属物对测量造成的干扰,在了解地下金属物位置的情况下,可将接地棒排列方向与地下金属物(管道)走向呈垂直状态;
e) 在测量变电站和避雷器接地极的时候,应使用绝缘鞋、绝缘手套、绝缘垫及其他防护手段,要采取措施使避雷器放电电流减至最小时,才可测试其接地极;
f) 不要在雨后土壤较湿时进行测量。
B.2测量方法(四点法)
B.2.1 等距法或温纳(Wenner)法
将小电极埋入被测土壤呈一字排列的四个小洞中,埋入深度均为b,直线间隔均为a。测试电流I流入外侧两电极,而内侧两电极间的电位差V可用电位差计或高阻电压表测量,如图B.1所示。设a为两邻近电极间距,则电阻率ρ按式(B.1)计算:
(B.1)
式中:
ρ—— 土壤电阻率,单位为欧姆米(Ω·m);
R——所测电阻,单位为欧姆(Ω);
a——电极间距,单位为米(m);
b——电极深度,单位为米(m)。
当测试电极入地深度b不超过0.1 a,可假定b = 0,则计算公式可简化为式(B.2):
ρ = 2πaR ( B.2 )
B.2.2 非等距法或施伦贝格—巴莫(Schlumberger—Palmer)法
主要用于当电极间距增大到40 m以上,采用非等距法,其布置方式见图B.2。此时电位极布置在相应的电流极附近,如此可升高所测的电位差值。
这种布置,当电极的埋地深度b与其距离d和c相比较甚小时,则所测得电阻率可按式(B.3)计算:
ρ =πc(c+d)R/d (B.3 )
式中:
ρ——土壤电阻率,单位为欧姆米(Ω·m);
c——电流极与电位极间距,单位为米(m);
R——所测电阻,单位为欧姆(Ω);
d——电位极距,单位为米(m)。
B.3测量数据处理
B.3.1为了了解土壤的分层情况,在用等距法测量时,可改变几种不同的a值进行测量,如a=2m、 4m、5m、10 m、15m、20m、25m、30m 等。
B.3.2根据需要采用非等距法测量,测量电极间距可选择40m、50m、60m。按式(B.3)计算相应的土 壤电阻率。根据实测值绘制土壤电阻率ρ与电极间距的二维曲线图。采用兰开斯特一琼斯(The La- neaste-Jones)法判断在出现曲率转折点时,即是下一层土壤,其深度为所对应电极间距的2/3处。
B.3.3 土壤电阻率应在干燥季节或天气晴朗多日后进行,因此土壤电阻率应是所测的土壤电阻率数据中最大的值,为此应按式(B.4)进行季节修正:
ρ=ψρ0 (B.4 )
式中:
ρ0——所测土壤电阻率,单位为欧姆米(Ω·m);
ψ——季节修正系数,见表B.2。
表B.2根据土壤性质决定的季节修正系数表
土壤性质 |
深度/m |
ψ1 |
ψ2 |
ψ3 |
黏土 |
0.5 〜0.8 |
3 |
2 |
1.5 |
黏土 |
0.8 ~3 |
2 |
1.5 |
1.4 |
陶土 |
0〜2 |
2.4 |
1.36 |
1.2 |
砂砾盖以陶土 |
0〜2 |
1.8 |
1.2 |
1.1 |
园地 |
0〜3 |
1.7 |
1.32 |
1.2 |
黄沙 |
0〜2 |
2.4 |
1.56 |
1.2 |
杂以黄沙的砂砾 |
0〜2 |
1.5 |
1.3 |
1.2 |
泥炭 |
0〜2 |
1.4 |
1.1 |
1.0 |
石灰石 |
0〜2 |
2.5 |
1.51 |
1.2 |
注:ψ1——在测量前数天下过较长时间的雨时选用;
ψ2——在测量时土壤具有中等含水量时选用;
ψ3——在测量时,可能为全年最高电阻,即土壤干燥或测量前降雨不大时选用。 |
B.4测量仪器
可按GB/T 17949.1-2000第12章中测量仪器的规定选用下列任一种仪器:
a) 带电流表和高阻电压表的电源;
b) 比率欧姆表;
c) 双平衡电桥;
d) 单平衡变压器;
e) 感应极化发送器和接收器。