實(shí)驗(yàn)一土壤顆粒組成的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)一 土壤顆粒組成的測(cè)定簡(jiǎn)易比重計(jì)法一、方法原理分散的土粒在靜水中由于重力作用而沉降，沉降的速度依土粒粒徑的大小而有所差異，分散后的土壤懸濁液中0.05mm粒徑可根據(jù)Stokes定律，利用靜水沉降方法測(cè)定土壤各 粒級(jí)的含量。Stokes 定律：v = ； g x r 2（ P -P ）/ 門9 w式中：v 一土粒沉降速度cm s-i； r 土粒半徑cm； g 重力加速度（981cm s-2）； p 土粒比重（2.65）； P 水的密度g cm-3；門一水的粘帶系數(shù)g cm-i. s-i。該定律是細(xì)小的球形（實(shí)際土粒不是球形）顆粒在一定密度和粘滯度的流體中，在重力 作用下作勻速沉降運(yùn)動(dòng)，其沉降

2、速度與顆粒半徑平方成比。水中每一顆粒都受重力一Fg和 方向相反的浮力一FA之合理所支配，F(xiàn)g = mg = V p g，F(xiàn)A= V Pwg式中：m 一顆粒質(zhì)量；V 一顆粒體積；g 一重力加速度；P 一顆粒密度；P w 一一水密度。驅(qū)使球形顆粒的向下運(yùn)動(dòng)的合力F合應(yīng)該是：-4、F =F -F = V（p -P ）g =-nr3（p -p ）g合 g As w3s w沉降的球形顆粒在水中下降時(shí)還會(huì)受到與重力相反的粘滯阻力F阻的作用，G.G.Stoke 指出粘滯阻力F且等于：F =6兀叩rv式中：門一為水的粘滯系數(shù)（Pa s），r-為顆粒的半徑（cm），v-為顆粒在水中的沉降速度（cm s-i）。當(dāng)

3、顆粒作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)使顆粒向下運(yùn)動(dòng)的重力與浮力之合力應(yīng)與粘滯阻力數(shù)值相等，方向相反：因此有:F = -F合阻3-543兀 r3(p, - p )g=6nrv2v = 9 g x r 2( P，一P*)/ 門;9 n v或：r = x2 g (p, -pw)3-63-73-8h則:由于顆粒作勻速下降運(yùn)動(dòng)，顆粒在t時(shí)間內(nèi)下降深度為h，則v =帶入3-7公式中， t3-9t = _93_2 g (PPw)r 2根據(jù)3-9公式可編制成土壤顆粒分析吸取懸液時(shí)間t和深度h表，便于分析操作。應(yīng)用Stokes定律有不少假設(shè)條件事實(shí)上有些是達(dá)不到的，但有幾個(gè)假設(shè)條件是實(shí)驗(yàn) 必須注意的：顆粒必須比液體（水）分子大

4、得多，否則顆粒在沉降時(shí)會(huì)受布朗運(yùn)動(dòng)的影響而改變 沉降的路徑；顆粒太大下沉?xí)r不可能是恒速運(yùn)動(dòng)，容易引起湍流，故顆粒粒徑不應(yīng)過(guò)大。 按Stokes公式計(jì)算的各顆粒粒徑范圍應(yīng)為0.050.001mm。顆粒必須是光滑的、非彈性的球型，雖然不是球形，但是充分分散的土?？梢越?視為球形。懸液的密度應(yīng)當(dāng)是使顆粒在液體中自由沉降，而彼此互不影響，所以一般土壤懸液的 密度以3%為宜，不能5%，因此測(cè)定時(shí)，粘土、壤土一般稱1015g 土，砂土稱1530g 土配制成1000mL懸濁液。測(cè)定懸濁液中的各級(jí)土粒含量的方法有吸管法和比重計(jì)法。具體提取各級(jí)細(xì)粒的方法，主要于1000mL量筒中進(jìn)行提取，吸管法是在量筒中的一

5、 定深度，按Stokes公式計(jì)算的各粒徑所需時(shí)間提取土粒懸濁液，烘干后稱重，再計(jì)算小于 相應(yīng)粒徑的累積量，兩次測(cè)定的累積量相減，即得某一粒徑范圍的土粒量。土壤比重計(jì)（如 鮑氏比重計(jì)）法測(cè)定各粒級(jí)含量是根據(jù)Stokes定律計(jì)算出的各粒級(jí)沉降一定深度所需要的 時(shí)間，放入比重計(jì)進(jìn)行快速測(cè)量，但其精度遠(yuǎn)不及吸管法。二、儀器藥品1.儀器：甲種比重計(jì)、沉降筒、攪拌棒、天平、漏斗、溫度計(jì)、電熱板、三角瓶、洗瓶、帶秒針時(shí)鐘。2.分散劑：0.5M氫氧化鈉（用于酸性土壤）、0.25M草酸鈉（用于中性土壤）、0.5N焦磷酸鈉（用于堿性土壤）。三、操作步驟.稱取土樣用百分之一天平稱過(guò)20號(hào)篩的土樣50100g（如果質(zhì)

6、地越偏砂則稱樣量越大），供分 散處理用。.分散土粒將稱好的土樣放在500ml三角瓶中，加入選定的分散劑20ml后，再用蒸餾水沖至200300ml。搖勻后靜置兩小時(shí)，并每隔15分鐘左右搖動(dòng)一次（因時(shí)間問(wèn)題，試驗(yàn)中不做這一步了）。蓋上小漏斗，然后放在電熱板上加熱煮沸。在未煮沸前應(yīng)經(jīng)常搖動(dòng)三角瓶，以 防土粒沉積粘附瓶底，結(jié)成硬塊或燒焦而影響分散，并可能因冷熱不均而發(fā)生破裂。煮沸后 保持沸騰60min （因時(shí)間問(wèn)題，試驗(yàn)中只需沸騰10min即可）。3.制備懸液將冷卻的三角瓶中懸液全部進(jìn)入沉降筒，用蒸餾水定容到1000ml。放置于溫差變化小 的室內(nèi)平穩(wěn)桌面上，避免陽(yáng)光直射，并準(zhǔn)備比重計(jì)、秒表、溫度計(jì)（0

7、.1 C）、記錄紙等。4.測(cè)定懸液比重用攪拌棒攪動(dòng)懸液1min，測(cè)定液溫，記錄開始時(shí)間（以攪拌棒離開液面的那一時(shí)刻記 為第0s），按表1中所列溫度、時(shí)間和粒徑的關(guān)系，根據(jù)當(dāng)時(shí)的液溫和待測(cè)的粒級(jí)最大直 徑值，查表2選定測(cè)比重計(jì)讀數(shù)的時(shí)間。提前30秒鐘，將比重計(jì)輕輕地、垂直地插入懸液 中，放在沉降筒的中心位置，并略為扶住其玻璃桿，使它不上下左右晃動(dòng)，直到基本穩(wěn)定為 止，到了選定的時(shí)間即測(cè)記比重計(jì)讀數(shù)。立即取出比重計(jì)，洗去土粒，以備下次使用，并測(cè) 量懸液溫度。將讀數(shù)經(jīng)必要的校正計(jì)算后，即代表直徑小于所選定的毫米數(shù)的顆粒累積含量。就可分別測(cè)出0.05、0.01、0.005、0.001mm等各級(jí)土粒的比

8、重計(jì)按照上述步驟 讀數(shù)。四、結(jié)果計(jì)算小于某粒徑土粒含量（%）=校正后讀數(shù)x 100烘干土樣重分散劑校正值（g/乙）=分散劑摩爾質(zhì)量勸口入量（血）烘干土樣重=比重計(jì)讀數(shù)-溫度校正值-分散劑校正值1000將相鄰兩粒徑的土粒累積百分?jǐn)?shù)值相減，即為該兩粒徑范圍內(nèi)的粒級(jí)百分含量。五、討論實(shí)驗(yàn)中一些需要注意的問(wèn)題，誤差的來(lái)源討論等。附表1甲種鮑氏比重計(jì)溫度校正表溫度/c校正值6.08.52.29.08.52.110.010.52.011.01.911.512.01.812.51.713.01.613.51.514.014.51.415.01.215.51.116.01.0溫度/c校正值16.50.917.

9、0一0.817.50.718.00.518.50.419.0一0.319.50.120.0020.5+0.1521.0+0.321.5+0.4522.0+0.6溫度/c校正值22.5+0.823.0+0.923.5+1.124.0+1.324.5+1.525.0+1.725.5+1.926.0+2.126.5+2.227.0+2.527.5+2.628.0+2.9溫度/c校正值28.5+3.129.0+3.329.5+3.530.0+3.730.5+3.831.0+4.031.5+4.232.0+4.632.5+4.933.0+5.233.5+5.534.0+5.8附表2小于某粒徑土粒下沉所需要的時(shí)間表溫度/c0.05mm 0.01mm 0.005mm0.001mmh分秒h分秒h分秒h分秒4132432554851304225048612540250487123382454881203724048911836230481011835225481111534225481211233220481311032215481411031215481518302154816162925481715282481812272554819127255482050261504821562615048225