电力工程场地土壤电阻率测试方法分析

电力工程场地土壤电阻率测试方法分析

冯其领 陈阳

山东天元建设机械有限公司

山东临沂 276000

摘要：近年来，许多研究者基于岩土层的物性差异对土壤层进行分析对比，从而进行土壤分层。土壤电阻率是土壤的最基本的物理特性之一，土壤的质地、结构等是影响其电阻率值的主要因素，即土壤电阻率反映了物理化学特性。基于电阻率存在巨大差异，运用电阻率断层扫描技术非破坏、快速对土层厚度进行测定；基于三极法研制一套可在线观测不同深度的电阻率值的系统，从而反演出土壤的分层特性；通过分析土壤不同层的质地差异，对在0~200cm的土壤剖面进行层次划分，依次为砂壤土、粉砂壤土和粘壤土。现今阶段，纵然地球物理学方法在研究土壤电阻率、土层厚度以及土壤含水性等方面取得了较大的突破，但在土壤层次的二、三维可视化精细展示的有关的研究报道较为少见。基于此，本篇文章对电力工程场地土壤电阻率测试方法进行研究，以供参考。

关键词：电力工程；场地土壤；电阻率；测试方法

引言

土壤电阻率可以表征土壤的导电性，土壤电阻率由于其连续无损的特点而被广泛应用于含水率预测、地质勘探和隐患探测等领域。土壤的诸多性质是影响电阻率的重要因素，Archie(1942)开创了实验室测量砂岩的经验电阻率-含水率关系(Archie定律)，很多学者对土电阻率理论进行了理论和试验研究。考察了含水率、干密度、温度等因素对磷矿尾矿电阻率的影响；饱和度对不同类型土壤热导率和电阻率的影响。总结前人的研究，可以发现电阻率在地质勘探和评估方面的应用仍然颇有争议。虽然已有较多研究探究土壤电阻率和各因素的关系，但是进一步将其关系量化，建立更好的转化关系也尤为重要。基于此，本研究开展了电力工程场地的土壤电阻率实验，分析了含水率对土壤电阻率的影响规律，此研究能够为工程应用进一步提供基础参考。

1土壤电阻率

土壤电阻率影响下电力工程系统的设计、电涌保护器选型等操作步骤的好坏将直接影响系统的防护工作，同时它们对于系统的运行也具有十分重要的作用。系统的硬件设计重点需要遵循以下的相关设计准则：(1)安全性以及可靠性原则：电力工程系统在设计的过程中，需要具有科学性、稳定性以及可靠性等特点，有效保证整个防护系统的稳定运行。(2)先进性原则：通过先进以及成熟的工业设计技术，能够有效促进系统最大程度进行业务拓展以及业务发展，同时结合信息中心的发展需求。(3)实时性原则：将系统的安全性设定为设计准则，其中系统的前期投入和系统的安全期望值两者成正比，其中系统投入带来的经济效益是十分可观的，同时还能够降低系统的维护费用，提升系统中设备的使用寿命，有效保证用户投资的安全性，最大程度满足用户的实时需求。(4)开放性：随着科学技术的不断进步以及发展，电力工程系统也得到了突飞猛进的发展，其中对应产品的选取必须严格按照国家或者国际标准执行，这样才能够有效保证系统的稳定运行。电力工程系统的设计属于系统工程，在实际进行设计的过程中，需要保证各个结构之间的合理性，这样才能够促使系统达到最佳运行状态。如何有效保护土壤电阻率影响下电力工程场地土壤的问题成为当前研究的主要内容。所以系统在进行土壤电阻率影响下电力工程场地土壤方案时，需要及时采取多级防护措施。

2土壤电阻率的影响因素

(1)岩土体矿物组分及接触关系。岩土体矿物组分及接触关系决定其电阻率大小，其中矿物颗粒的接触关系起重要作用，矿物组分的导电性和含量大小起次要作用。(2）孔隙水。(3）岩土体温度。(4)岩土体所处围压。岩土体电阻率随围压升高而逐渐降低，即随着测量深度增大，在含水量不变或无地下水影响的情况下，相同岩土体的电阻率会逐渐变低。

3土壤电阻率测试方法选择

3.1变电站工程场地电阻率测试方法选取

(1)非岩溶、土洞区或基础影响范围无溶洞、土洞、孤石分布的场地：山区、丘陵等比四周地形明显高出的地段，地下水位埋深一般较大，场地范围内地形起伏不大的宜优先考虑电测深法，地形起伏大或设计场地标高与现状场地标高相差较大的宜在场地平整后采用电测深法进行土壤电阻率测量；个别地下水较浅或孔内水位及泥浆水位保持时间满足测量需要时宜采用电测井法。对于盆地、山坳等比四周地形低或山前冲积、洪积平原等平缓地段，地下水位埋深较浅，优先考虑电测井法，当测量所需水位不满足测试要求或地起伏不大时可选用电测深法。(2)基础影响范围有溶洞、土洞、孤石分布的场地：一般需要开展一定的物探工作，以结合钻探资料证实岩土分布特征，因此开展土壤电阻率测试可优先选用高密度电法，既可提供准确的土壤电阻率资料，又能通过剖面电阻率异常结合钻孔资料准确反映场地的岩土分布特征，保证了岩土勘察成果质量同时又减少了物探工作量。该类场地钻探时多有漏水或下套管成孔，难以采用电测井法进行土壤电阻率测试，且有套管影响时测量结果不准确，因此不宜采取电测井法。

3.2配电房工程场地电阻率测试方法选取

配电房多位于城镇居民区，地形平坦，该类工程一般仅需场地浅层土壤电阻率成果，通常采用电测深法进行土壤电阻率测量；若进行了钻探工作亦可采用电测井法且能准确得到大深度范围的土壤电阻率成果。

3.3土壤电阻率和杆塔接地电阻

配电站的架空传输线路沿线杆塔土壤接地电阻和功率将不会影响接地感应电阻雷达通过电压的最大幅值，另外，杆塔的土壤接地感应电阻也可能会直接受到沿线土壤接地电阻和功率的很大影响。通常，土壤电阻率越大，杆塔的接地电阻变大，从而影响线路防雷保护效果。对于土壤电阻率过大，杆塔接地电阻不能满足防雷保护要求的区域，需要采取相应措施降低土壤电阻率，减小杆塔接地电阻。

结束语

总而言之，（1）电阻率成像技术在土壤分层特性研究取得良好的实验结果，运用视电阻率剖面可获得初步的土壤分层特性，二维反演可以对比验证所得出的土壤层的分成特性，运用一阶差分法绘制差分曲线图进一步验证土壤的分层结构特性；三维联合反演绘制的电阻率等值面图可直观地看出不同土壤层的起伏形态，并在验证土壤分层特性上得到了验证。电阻率值的大小可以反映土壤的其他物理性质，通过电阻率成像技术探测地下电阻率分布情况可为分析土壤层的结构、含水性等其他特性提供一种较为有效可行的途径。（2）在所有密度条件下的土壤电阻率随着含水率的增大而减小，并且密度越小时，电阻率随含水率变化的减小幅度越大，究其原因，这种现象是由于含水率增加时，就导致了孔隙水的增加，从而导致土壤颗粒连接更加紧密，并且水分的电阻更小，所以呈现出随含水率增大，电阻减小，电流增大的现象。但是最终含水率增大到一定程度时，电阻率逐渐维持一定值，含水率达到一定值时，土壤达到饱和，再增加水分对其结构组成影响不大。（3）土壤电阻率受含水率影响明显，电阻率随含水率增大而减小；（4）含水率对电阻率的影响是有限的。

参考文献

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