實驗一土壤顆粒組成的測定-簡易比重計法

1、實驗一土壤顆粒組成的測定簡易比重計法一、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定土壤各粒級的含量。2Stokes定律：v=gxr2（pp）九9sw式中：v土粒沉降速度cms-1；r土粒半徑cm；g重力加速度（981cms-2）；ps土粒比重（2.65）；p水的密度gcm-3；耳一水的粘帶系數(shù)gcm-1.s-1。w該定律是細小的球形（實際土粒不是球形）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動，其沉降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

2、反的浮力一fa之合理所支配，F(xiàn)二mg二Vpg,F=VpggsAw式中：m顆粒質(zhì)量；V顆粒體積；g重力加速度；p顆粒密度；sp水密度。w驅(qū)使球形顆粒的向下運動的合力F應(yīng)該是：合4F=F-F=V（p-p）g=-nr3（p-p）g合gAsw3sw沉降的球形顆粒在水中下降時還會受到與重力相反的粘滯阻力F的作用，G.G.Stoke阻指出粘滯阻力F等于：阻F=6nrv阻式中：耳一為水的粘滯系數(shù)（Pas）,廠一為顆粒的半徑（cm）,v-為顆粒在水中的沉降速度（cms-1）。當(dāng)顆粒作勻速運動時，驅(qū)使顆粒向下運動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：或：F=F合阻35兀r3(p-p)g=6兀

3、qrv3swV=gXr2(p-p)/n9sw363738則：由于顆粒作勻速下降運動，顆粒在t時間內(nèi)下降深度為h，則v=-帶入3-7公式中,t399hnt=2g(p-p)r2sw根據(jù)3-9公式可編制成土壤顆粒分析吸取懸液時間t和深度h表，便于分析操作。應(yīng)用Stokes定律有不少假設(shè)條件事實上有些是達不到的，但有幾個假設(shè)條件是實驗必須注意的：顆粒必須比液體（水）分子大得多，否則顆粒在沉降時會受布朗運動的影響而改變沉降的路徑；顆粒太大下沉?xí)r不可能是恒速運動，容易引起湍流，故顆粒粒徑不應(yīng)過大。按Stokes公式計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

4、，但是充分分散的土?？梢越埔暈榍蛐?。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%,因此測定時，粘土、壤土一般稱1015g土,砂土稱1530g土配制成1000mL懸濁液。測定懸濁液中的各級土粒含量的方法有吸管法和比重計法。具體提取各級細粒的方法，主要于1000mL量筒中進行提取，吸管法是在量筒中的一定深度，按Stokes公式計算的各粒徑所需時間提取土粒懸濁液，烘干后稱重，再計算小于相應(yīng)粒徑的累積量，兩次測定的累積量相減，即得某一粒徑范圍的土粒量。土壤比重計（如鮑氏比重計）法測定各粒級含量是根據(jù)Stokes定律計算出的各粒級沉降一定深度所需要

5、的時間，放入比重計進行快速測量，但其精度遠不及吸管法。二、儀器藥品1儀器：甲種比重計、沉降筒、攪拌棒、天平、漏斗、溫度計、電熱板、三角瓶、洗瓶、帶秒針時鐘。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20號篩的土樣50100g（如果質(zhì)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，并每隔15分鐘左右搖動一次（因時間問題，試驗中不做這一步了）。蓋上小漏斗，然后放在電熱板上加熱煮沸。

6、在未煮沸前應(yīng)經(jīng)常搖動三角瓶，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（因時間問題，試驗中只需沸騰10min即可）。制備懸液將冷卻的三角瓶中懸液全部進入沉降筒，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，避免陽光直射，并準(zhǔn)備比重計、秒表、溫度計（0.1C）、記錄紙等。測定懸液比重用攪拌棒攪動懸液1min,測定液溫，記錄開始時間（以攪拌棒離開液面的那一時刻記為第0s），按表1中所列溫度、時間和粒徑的關(guān)系，根據(jù)當(dāng)時的液溫和待測的粒級最大直徑值，查表2選定測比重計讀數(shù)的時間。提前30秒鐘，將比重計輕輕地、垂直地插入懸液中，放

7、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，直到基本穩(wěn)定為止，到了選定的時間即測記比重計讀數(shù)。立即取出比重計，洗去土粒，以備下次使用，并測量懸液溫度。將讀數(shù)經(jīng)必要的校正計算后，即代表直徑小于所選定的毫米數(shù)的顆粒累積含量。按照上述步驟，就可分別測出V0.05、V0.01、V0.005、V0.001mm等各級土粒的比重計讀數(shù)。四、結(jié)果計算小于某粒徑土粒含量校正后讀數(shù)烘干土樣重X100烘干土樣重=比重計讀數(shù)-溫度校正值-分散劑校正值分散劑校正值（g/L）=分散劑摩爾質(zhì)量x力口入量（mL）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)的粒級百分含量。五、討論實驗中一些需

8、要注意的問題，誤差的來源討論等。附表1甲種鮑氏比重計溫度校正表溫度/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16.50.917.00.817.50.718.00.518.50.419.00.319.50.120.0020.5+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

9、+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間表/ch分秒h分秒h分秒h413243255485130422504861254025048712338245488120372404891183623048101183522548111153422548121123322048131103221548141103121548151830215481616292548171528248181227255481912725548205026150482156261504822552515048235424145482454241454825532