非饱和土样体积量测方法：油封法

形状不规则的土样很难使用量尺寸的方法精确确定体积。《土工试验方法标准》（GB/T 50123—1999）介绍了蜡封法，可量测易破裂土和形状不规则坚硬土的体积。该方法对土样蜡封的质量要求较高。在此介绍一种简单、快速且准确的不规则形状土样体积量测方法，称为油封法。

油封法测体积是将不规则形状的土样浸入一种与土样及其中的孔隙液体不发生浸润或化学反应的液体中，利用阿基米德浮力原理，即土样排开液体的体积等于土样的体积，实现土样体积的量测（Sibley和Williams，1989）。常用的液体有液体石蜡（Paraffin Oil）、Kerdane油和煤油（Kerosine），其共同点是均含有脂肪族烃链（Aliphatic Hydrocarbon Chains），不浸润土样，且不与土体中水分发生化学反应。Kerdane油和煤油的气味较大，试验时要在通风橱下进行测试。

油封法测体积的关键是排开液体的质量必须是与土样毛体积相当的液体的质量。土样的毛体积为含闭口孔隙、开口孔隙等土样表面轮廓线所包围的体积。对于表面裂隙或开口孔隙较多的土样在用此方法测体积前，需要将土样在液体内预先浸泡一段时间，使液体先浸满土样的开口孔隙（唐朝生和施斌，2011；孙文静等，2014）。

下面介绍油封法的两个试验实例。

1.实例一：用Kerdane油测体积

Peron等（2007）对黏质粉土土样进行了体积测试。试验测试采用Kerdane油，燃点为65℃，为非浸润性的芳香烃油脂。实验室温度22℃，在此温度下，Kerdane油的密度ρk为0.802g/cm3。具体操作步骤如下：

（1）试验前清洁、干燥比重瓶，比重瓶的质量为215.02g，体积约为200mL，直径为50mm。将比重瓶充满Kerdane油。随后称重，此时质量为mP1。

（2）将土样放置天平上测量其湿重质量m1。

（3）将土样放入Kerdane油中浸泡，直至没有气泡冒出，浸泡停止。

注：Kerdane油可以侵入充满空气的孔隙中而不影响土体结构。浸泡过程中，可以看到气泡从土样中释放出来；Peron等（2007）的浸泡时间为3h，根据观察，3h后不再有气泡冒出。

（4）用吸水纸小心擦拭土样表面的Kerdane油，并再次称量浸泡过Kerdane油的土样质量m2。

（5）将浸泡过Kerdane油的土样放入空的比重瓶中，在该比重瓶中注满Kerdane油，注意避免任何气泡残留，放置在天平上称重，得到Kerdane油、Kerdane油浸泡过的土样和比重瓶的质量mP2。

（6）试验结束后，将浸泡过Kerdane油的土样放入烘箱内烘干，测量质量为ms。

注：烘干后Kerdane油会全部挥发掉，不会存在土样内。土样体积V为

孔隙比e为(www.xing528.com)

饱和度Sr为

式（A.1）、式（A.2）和式（A.3）中 Vv、Vs、Vw——孔隙体积、固体颗粒的体积、水体积；

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ρs、ρw——土颗粒密度、水的密度。

2.实例二：用液体石蜡测体积

图A.1所示为不规则土样体积量测装置。该方法使用的液体为液体石蜡。实验室温度22℃，此温度下该种液体石蜡密度ρp＝0.855g/cm3。液体石蜡的密度与其种类相关。另外，使用该方法量测体积结束后，液体石蜡通常会回收再利用，为确保精度，每次试验前应重新量测石蜡的密度。

图A.1　不规则土样体积量测装置照片及示意图

把盛有石蜡液体的杯子放在天平上，将横杆固定于高精度天平的顶部，并用细铜丝吊起铝盒，铝盒要全部浸没于杯中的液体石蜡中，而且测试时置于铝盒里的土样也要完全浸没于液体石蜡中。试验过程中铝盒与杯子内壁不能接触。用于体积量测的土样要先在液体石蜡里浸泡15min，使石蜡进入土样表面的孔洞与裂隙，否则，将未处理过的土样直接放入石蜡中，天平显示的读数会不断变化，致使所测体积有较大的误差。

试验具体操作步骤如下：

（1）称量土样的质量为M1，称重天平不同于图A.1中的天平，需另备一台。

（2）将土样放在液体石蜡里浸泡，直至没有气泡冒出，取出土样，用吸水纸拭去土样表面多余的液体石蜡，然后放置在步骤（1）中的天平上称重，质量为M2。

（3）将图A.1所示天平清零，用镊子将浸泡处理后的土样轻轻地放入铝盒中，液体石蜡不再进入表面被密封的土样中，天平显示的读数为M3。

（4）M2与M3的差值便是被土样排开的液体石蜡的质量，已知液体石蜡的密度，通过阿基米德原理即可求得土样的体积为

（5）若土样的含水率为w，ρs为土颗粒密度，则孔隙比e为