顆粒分析試驗(yàn)(密度計(jì)法)

顆粒分析試驗(yàn)(密度計(jì)法)顆粒分析試驗(yàn)(密度計(jì)法)顆粒分析試驗(yàn)(密度計(jì)法)顆粒分析試驗(yàn)(密度計(jì)法)編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:試驗(yàn)一、顆粒分析試驗(yàn)（密度計(jì)法）（一）概述顆粒分析試驗(yàn)的目的是測(cè)定土中各種粒組含量占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，并據(jù)此繪制顆粒大小分配曲線。密度計(jì)法適用于分析粒徑小于的土樣，若試樣中含有大于的粒徑時(shí)，應(yīng)聯(lián)合使用密度計(jì)法和篩析法。（二）試驗(yàn)原理密度計(jì)法是將一定質(zhì)量的試樣加入4%濃度的六偏磷酸鈉10mL，混合成1000mL的懸液，并使懸液中的土粒均勻分布。此時(shí)懸液中不同大小的土粒下沉速度快慢不一。一方面根據(jù)斯篤克（Stokes,,1845）定律計(jì)算懸液中不同大小土粒的直徑，另一方面用密度計(jì)測(cè)定其相應(yīng)不同大小土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。1.斯篤克定律斯篤克研究了球體顆粒在懸液中下沉問(wèn)題，認(rèn)為不同球體顆粒在懸液中的下沉速度與它們直徑大小d有關(guān)，這種反映懸液中顆粒下沉速度和粒徑關(guān)系的規(guī)律，稱為斯篤克定律。按照這一定律，土顆粒在溶液中下沉?xí)r，較大的土粒首先下沉，經(jīng)過(guò)某一時(shí)段t，只有比某一粒徑d小的土粒仍然浮在懸液中，這些土粒在懸液中通過(guò)鉛直距離L，在時(shí)間t內(nèi)下沉速度為或 （1–1）式中 η——純水的動(dòng)力粘滯系數(shù)，Pa·s（10-3）；d——土顆粒粒徑，mm；——土粒的密度，g/cm3；Gs——土粒的比重；——水的密度，g/cm3；——溫度4℃時(shí)水的密度，g/cm3；——溫度T℃時(shí)水之比重；L——某一時(shí)間t內(nèi)土粒的沉降距離，cm；t——沉降時(shí)間，s。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，用圖1–1的斯氏列線圖，便可求得粒徑d值。此時(shí)，懸液中在L范圍內(nèi)所有土粒的直徑都比算得的d值小，而大于d的土粒都下沉到比L大的深度處。圖1–1圖1–1斯篤克列線圖

2．懸液中土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)設(shè)V為懸液的體積，Ws為該懸液內(nèi)所含土顆粒總質(zhì)量。故開(kāi)始時(shí)懸液?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的土粒質(zhì)量為，土粒的體積為。單位體積的懸液是由土粒和水組成，則水之體積應(yīng)為，水之質(zhì)量為，式中為試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)溫度為T(mén)℃的水的密度。那么開(kāi)始時(shí)土粒均勻分布的懸液密度為：或 （1–2）式中其他符號(hào)的意義同前?，F(xiàn)從量筒中液面下深度L處，取一微小體積的懸液進(jìn)行研究。自開(kāi)始下沉至t時(shí)間，懸液內(nèi)大于粒徑d之土粒，都通過(guò)此微小體積而下沉，小于粒徑d之土粒一部分已通過(guò)此微小體積之底部，另一部分同時(shí)進(jìn)入該體積之頂部，故該微小體積內(nèi)小于粒徑d的數(shù)量保持不變。設(shè)時(shí)間為t，該微小體積內(nèi)小于粒徑d之土粒質(zhì)量為，則與總體積V內(nèi)土粒質(zhì)量之比為X（%），即：則單位體積內(nèi)小于粒徑d之土粒質(zhì)量為。故經(jīng)過(guò)時(shí)間t后在深度L處該微小體積懸液的密度，可由式（1–2）求得：或 （1–3）圖1–2密度計(jì)用密度計(jì)測(cè)得任何時(shí)間t，任何深度L處1000mL懸液內(nèi)的密度，即可按上式算得小于某粒徑d的土粒質(zhì)量圖1–2密度計(jì)3．密度計(jì)讀數(shù)的校正目前通常采用的密度計(jì)（圖1–2）有甲、乙兩種，其制造原理和使用方法基本相同。甲種密度計(jì)讀數(shù)系表示1000mL懸液中所含土質(zhì)量的克數(shù)，乙種密度計(jì)的讀數(shù)表示懸液比重。兩種密度計(jì)通常是在溫度為20℃時(shí)刻劃的，而且土粒比重都以為基準(zhǔn)。在使用密度計(jì)時(shí)，由于使用條件的變化等原因，產(chǎn)生了系統(tǒng)誤差，需要進(jìn)行如下校正。（A）刻度及彎液面校正由于密度計(jì)在制造時(shí)刻度的可能誤差，使用前必須經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)校正。此外，密度計(jì)的刻度是以彎液面底為準(zhǔn)，而在使用時(shí)，由于懸液混濁，其讀數(shù)以彎液面頂部為準(zhǔn)。如圖1–2。應(yīng)校正后才能用于計(jì)算（校正值由實(shí)驗(yàn)室給出）。圖1–3圖1–3彎液面校正密度計(jì)的刻度一般是在20℃時(shí)進(jìn)行的，使用時(shí)懸液溫度不等于20℃，則水的密度及密度計(jì)浮泡體積發(fā)生變化，須加以校正，可以從表1–2查得溫度校正值。（C）分散劑校正密度計(jì)刻度是以純水為標(biāo)準(zhǔn)的，當(dāng)懸液中加入分散劑時(shí)，則密度增大，亦需加以校正，校正值由實(shí)驗(yàn)室給出。（D）土粒沉降距離校正密度計(jì)讀數(shù)除用以求得懸液中土粒的含量以外，還用以確定土粒的實(shí)際下沉距離（有效沉降距離），借以計(jì)算粒徑d。當(dāng)密度計(jì)放入懸液內(nèi)，液面因而升高，此時(shí)液面至密度計(jì)浮泡中心的距離，并不代表土粒的實(shí)際沉降距離。因此，必須加以校正。校正值由實(shí)驗(yàn)室給出。一般進(jìn)行校正時(shí)，溫度對(duì)水的影響已在斯篤克公式中考慮，只需對(duì)密度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行彎液面校正。做沉降距離校正曲線時(shí)，將密度計(jì)的每一分度加上彎液面校正值，就可供直接計(jì)算使用，從而求得土粒的有效沉降距離。將以上校正代入式（1–3）并經(jīng)過(guò)換算，則可按下式得出小于某粒徑土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為：甲種密度計(jì) （1–4）乙種密度計(jì) （1–5）以上兩式中 、——甲、乙種密度計(jì)讀數(shù)；、——甲、乙種比重度計(jì)土粒比重校正值，查表1–1；、——甲、乙種密度計(jì)溫度校正值，查表1–2；、——甲、乙種密度計(jì)分散劑校正值（由實(shí)驗(yàn)室給出）；、——甲、乙種密度計(jì)刻度及彎液面校正值，查實(shí)驗(yàn)室給出的圖表；其他符號(hào)意義同前。表1–1土粒比重校正值土粒比重比重校正值土粒比重比重校正值甲種密度計(jì)乙種密度計(jì)甲種密度計(jì)乙種密度計(jì)GsCSC‘SGsCSC‘S

表1–2溫度校正值懸液溫度（℃）甲種密度計(jì)溫度校正值mT乙種密度計(jì)溫度校正值m‘T懸液溫度（℃）甲種密度計(jì)溫度校正值mT乙種密度計(jì)溫度校正值m‘T++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++圖1–4攪拌器（圖1–4攪拌器試驗(yàn)時(shí)如土粒比重不是，可由表1–1查得土粒比重校正值。（三）儀器設(shè)備1）密度計(jì)（圖1–2）；2）量筒兩個(gè)，容積各為1000mL；3）天平：稱量1000g，感量；稱量200g，感量；4）攪拌器：如圖1–4。底板直徑50mm，孔徑3mm；5）溫度計(jì)、秒表、三角燒瓶（容積500mL）、電熱器等。（四）操作步驟（1）密度計(jì)法應(yīng)采用天然含水率的土樣。若土樣在分析前無(wú)法保持其天然含水率，則允許用風(fēng)干或烘干土樣進(jìn)行分析。（2）試驗(yàn)前，由試驗(yàn)室準(zhǔn)備好<的烘干試樣，稱取烘干試樣30g，稱量準(zhǔn)確至，裝入三角燒瓶中（裝瓶時(shí)切勿使土粒散失）。（3）在盛有試樣的三角烘瓶中注入約200mL純水，進(jìn)行浸泡，時(shí)間不少于18h(對(duì)于砂性較大、易于分散的土，可適當(dāng)減少浸泡時(shí)間)。稍加搖蕩后，放在電熱器上，用連接冷凝管下端的橡皮塞塞緊瓶口，進(jìn)行煮沸。煮沸時(shí)間從水沸騰開(kāi)始，粘土和不易分散的土，一般煮沸左右，其他土可酌量減少，但不得少于。（4）待懸液冷卻后，將其倒入標(biāo)明號(hào)碼的量筒內(nèi)，并應(yīng)將燒瓶中剩留的懸液，分次用少量純水洗凈倒入量筒內(nèi)。加4%濃度的六偏磷酸鈉約10mL于懸液中，使筒內(nèi)懸液恰達(dá)1000mL。（5）將盛有懸液的量筒，置于平穩(wěn)且便于測(cè)讀的平臺(tái)上（試驗(yàn)過(guò)程中不得挪動(dòng)或碰撞）。準(zhǔn)備好密度計(jì)、秒表、記錄紙等，并先熟悉密度計(jì)刻度的讀法。然后將攪拌器放入量筒內(nèi)，沿整個(gè)懸液深度上下攪抖約1min，往復(fù)各30次，使懸液徹底拌勻（注意攪拌時(shí)勿使懸液濺出筒外）。（6）攪拌完畢，立即取出攪拌器，同時(shí)開(kāi)動(dòng)秒表。測(cè)定經(jīng)過(guò)1、5、30、120、1440min時(shí)的密度計(jì)讀數(shù)。根據(jù)試樣情況或?qū)嶋H需要，可增加密度計(jì)讀數(shù)或縮短最后一次讀數(shù)的時(shí)間。每次讀數(shù)均應(yīng)在預(yù)定時(shí)間前10～20s，將密度計(jì)小心地放入懸液中接近讀數(shù)的深度，以免密度計(jì)上下跳動(dòng)。注意密度計(jì)浮泡應(yīng)保持在量筒中心位置，不得偏近筒壁。提放密度計(jì)時(shí)，應(yīng)使密度計(jì)的中軸垂直液面。要輕拿輕放，盡量減少對(duì)懸液的擾動(dòng)，并應(yīng)防止從手中滑落，或碰到量筒。（7）密度計(jì)讀數(shù)均以彎液面上緣為準(zhǔn)。甲種密度計(jì)應(yīng)準(zhǔn)確至，乙種密度計(jì)應(yīng)準(zhǔn)確至。每次讀數(shù)完畢，立即取出密度計(jì)，將其放入盛純水的量筒中。同時(shí)測(cè)定相應(yīng)的懸液溫度，準(zhǔn)確至℃。（五）計(jì)算及記錄（1）密度計(jì)每一讀數(shù)作刻度及彎液面校正、溫度校正、分散劑校正及密度校正后，按式（1–4）或式（1–5）計(jì)算小于某粒徑土粒含量占干土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)X。（2）密度計(jì)每一讀數(shù)僅作彎液面校正后，按式（1–1）計(jì)算粒徑d(mm)。（3）用小于某粒徑的土粒質(zhì)量百分?jǐn)?shù)X（%）為縱坐標(biāo)，顆粒粒徑d(mm)為橫坐標(biāo)，在半對(duì)數(shù)紙上繪制顆粒大小分配曲線。（4）記錄本試驗(yàn)記錄格式如下：顆粒分析試驗(yàn)記錄（密度計(jì)法）土樣編號(hào)班組試驗(yàn)日期姓名小于顆粒土質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 比重計(jì)號(hào)濕土重量 量筒號(hào)含水率 燒瓶號(hào)干土重量 土粒比重含鹽