孔隙率

材料的孔隙率是指，指塊狀材料中孔隙體積與材料在自然狀態下總體積的百分比，它以P 表示。孔隙率P的計算公式為：

P——材料孔隙率，%；

V0——材料在自然狀態下的體積，或稱表觀體積，cm3或m3；ρ0為材料表觀密度，g/cm3 或kg/m3 ；

V——材料的絕對密實體積，cm3 或m3； ρ為材料密度，g/cm3 或kg/m3 。

材料內部除了孔隙的多少以外，孔隙的特徵狀態也是影響其性質的重要因素之一。材料的孔特徵表現為，孔隙是在材料內部被封閉的，還是在材料的表面與外界連通。前者為閉口孔，後者為開口孔。有的孔隙在材料內部是被分割為獨立的，還有的孔隙在材料內部相互連通。此外，孔隙尺寸的大小、孔隙在材料內部的分佈均勻程度等都是孔隙在材料內部的特徵表現。

材料空隙率是指，散粒狀材料在堆積狀態下，顆粒之間空隙體積與鬆散體積的百分比，它以P′表示。空隙率P′的計算公式為：

P′——材料空隙率，%；

V0——材料的自然堆積體積，cm3或m3；ρ0為材料堆積密度，g/cm3 或kg/m3 ；

V——材料的顆粒體積，cm3 或m3 ；ρ為材料表觀密度，g/cm3 或kg/m3 。

空隙率考慮的是材料顆料間的空隙，這對填充和粘結散粒材料時，研究散粒狀材料的空隙結構和計算膠結材料的需要量十分重要。

岩樣中所有孔隙空間體積之和與該岩樣體積的比值，稱為該岩石的總孔隙度，以百分數表示。儲集層的總孔隙度越大，說明岩石中孔隙空間越大。從實用出發，只有那些互相連通的孔隙才有實際意義，因為它們不僅能儲存油氣，而且可以允許油氣在其中滲濾。因此在生產實踐中，提出了有效孔隙度的概念。有效孔隙度是指那些互相連通的，在一般壓力條件下，可以允許流體在其中流動的孔隙體積之和與岩樣總體積的比值，以百分數表示。顯然，同一岩石有效孔隙度小於其總孔隙度。

孔隙率（porosity）在多孔介質中的定義：

孔隙率（porosity）是指多孔介質內的微小空隙的總體積與該多孔介質的總體積的比值。

孔隙率可分為兩種：多孔介質內相互連通的微小空隙的總體積與該多孔介質的外表體積的比值稱為有效孔隙率，以φ_e表示；多孔介質內相通的和不相通的所有微小空隙的總體積與該多孔介質的外表體積的比值稱為絕對孔隙率或總孔隙率，以φ_T表示。所謂孔隙率通常是指有效孔隙率，但書寫方便，一般直接以φ表示。

孔隙率與多孔介質固體顆粒的形狀、結構和排列有關。在常見的非生物多孔介質中，鞍形填料和玻璃纖維的孔隙率最大，達到83%~93%；煤、混凝土、石灰石和白雲石等的孔隙率最小可低至2%~4%，地下砂岩的孔隙率大多為12%~34%，土壤的孔隙率為43%~54%，磚的孔隙率為12%~34%，皮革的孔隙率為56%~59%，均屬中等數值；動物的腎、肺、肝等臟器的血管系統的孔隙率亦為中等數值。

孔隙率是影響多孔介質內流體傳輸性能的重要參數。

煤的孔隙特性與煤化程度、地質破壞程度和地應力性質及其大小等因素密切相關。由於這些因素的不同，各礦煤層的孔隙率可在較大的範圍內變化。

①孔隙率與煤化程度的關係：從長焰煤開始，隨著煤化程度的加深(揮發分減小)煤的總孔隙體積逐漸減少，到焦、瘦煤時達到最低值，而後隨煤化程度的加深，總孔隙體積又逐漸增加，至無煙煤時達到最大值。然而，煤中的微孔體積隨著煤化程度的增加是一直增長的。

②孔隙率與煤的破壞程度的關係：大孔決定於強烈地質構造破壞煤的破壞面，因此煤的破壞越嚴重，其滲透容積越高，即孔隙率越大。

③孔隙率與地應力的關係：壓性的地應力(壓應力)可使滲透容積縮小，壓應力越高，滲透容積縮小越多，即孔隙率減小越多；張性地應力(壓應力)可使裂隙張開，使滲透容積增大，張應力越高，滲透容積增長越多，即孔隙率增加越多。卸壓(地應力減小)作用可使煤岩的滲透容積增大，即孔隙率增高；增壓(地應力增高)作用可使煤岩受到壓縮，滲透容積減小即孔隙率降低。試驗表明地應力並不減少煤的吸附體積，或減少得不多(因大孔及可見孔的表面積減少)，因此地應力對煤的吸附性影響很小。

在催化劑領域中，也有孔隙率的概念。對催化劑的製備、催化劑的活性、穩定性及反應選擇性有較大的影響。催化劑孔隙率受載體材料、製備技術、活性組分的負載量等因素影響。測量催化劑孔隙率常用低溫氮氣吸附-脫附法（BET）進行，可以測量催化劑的總比表面積、不同大小孔徑的分佈等。正是BET技術使催化劑的研究步入科學定量化的軌道。

孔隙特性是影響土體滲透性能的重要因素。土體中的孔隙有有效孔隙與無效孔隙之分，只有有效孔隙才能產生滲流，而無效孔隙對滲流的大小無影響。所謂無效孔隙主要分為3類：不連通孔隙，半連通孔隙和連通但滲透水流不能穿過的孔隙。其中第三類孔隙主要指土顆粒周圍結合水膜所佔的孔隙。對於粗粒土來說，無效孔隙以不連通和半連通孔隙為主，結合水膜所佔孔隙的份額非常小。但對黏性土而言，由於顆粒很細小，不連通和半連通孔隙所佔比例很少，而結合水膜佔據的孔隙份額則很大。

通常認為，粗粒土的滲透係數遠遠大於黏性土，是因為粗粒土的孔隙比遠遠大於黏性土，這其實是一個錯誤的認識。事實上，土顆粒的相對密度是幾乎相同的，粗粒土的容重遠遠大於黏性土，說明粗粒土的孔隙比遠遠小於黏性土。滲透係數公式直接與孔隙比相關，以上分析說明黏性土的孔隙比大，而其滲透係數反而小，因此，很有必要從解析理論角度探討粗粒土與黏性土滲透係數差異的原因。

在1m2的正方形區域內，土顆粒的總面積和總孔隙面積為定值，不隨粒徑變化而變化；但結合水膜所佔據的孔隙面積隨著粒徑的減小而增大。黏性土中無效孔隙幾乎佔到了總孔隙的85%以上，而在粒徑最大的漂石中只佔了不到0.18%。這就充分印證了：與粗粒土相比，黏性土中絕大多數的孔隙被結合水膜所佔據，這部分無效孔隙的大量存在才是黏性土的孔隙比大，而其滲透係數反而小的根本原因。因此，簡單地將推求粗粒土滲透係數的經驗公式運用於黏性土，計算結果必然會有很大的誤差。只有對它們進行修正，排除結合水膜佔據的無效孔隙的影響，才能實現粗粒土與黏性土滲透係數經驗公式的統一。