土的顆粒分析試驗(yàn)

1、土的顆粒分析試驗(yàn)第一節(jié) 篩析法一、試驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定小于某粒徑的顆?；蛄＝M占砂土質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，以便了解土的粒度成分，并作為砂土分類及土工建筑選料的依據(jù)。二、基本原理篩析法是利用一套孔徑不同的標(biāo)準(zhǔn)篩來(lái)分離一定量的砂土中與篩孔徑相應(yīng)的粒組，而后稱量，計(jì)算各粒組的相對(duì)含量，確定砂土的粒度成分。此法適用于分離粒徑大于0.075mm的粒組。三、儀器設(shè)備1、標(biāo)準(zhǔn)篩一套(圖1-1)；2、普通天平：稱量500g，最小分度值0.1g；3、磁缽及橡皮頭研棒；4、毛刷、白紙、尺等。頂蓋2mm1mm0.5mm0.25mm0.1mm0.075mm底盤(pán)123 取走取走4圖11標(biāo)準(zhǔn)篩圖12 四分法圖解四、操作步驟1、制備土樣(1

2、) 風(fēng)干土樣，將土樣攤成薄層，在空氣中放12天, 使土中水分蒸發(fā)。若土樣已干， 則可直接使用。(2) 若試樣中有結(jié)塊時(shí)，可將試樣倒入磁缽中，用橡皮頭研棒研磨，使結(jié)塊成為單獨(dú)顆粒為止。但須注意，研磨力度要合適，不能把顆粒研碎。(3) 從準(zhǔn)備好的土樣中取代表性試樣，數(shù)量如下：最大粒徑小于2mm者，取100300g；最大粒徑為210mm之間的，取3001000g；最大粒徑為1020mm之間的，取10002000g；最大粒徑為2040mm之間的，取20004000g；最大粒徑大于40mm者，取4000g以上。用四分法來(lái)選取試樣，方法如下：將土樣拌勻，倒在紙上成圓錐形(圖1-2.1), 然后用尺以圓錐頂

3、點(diǎn)為中心，向一定方向旋轉(zhuǎn)(圖1-2.2), 使圓錐成為12cm厚的圓餅狀。繼而用尺劃兩條相互垂直的直線，把土樣分成四等份，取走相同的兩份(圖1-2.3、圖1-2.4), 將留下的兩份土樣拌勻；重復(fù)上述步驟，直到剩下的土樣約等于需要量為止。2、過(guò)篩及稱量(1) 用普通天平稱取一定量的試樣, 準(zhǔn)確至0.1g；(2) 檢查標(biāo)準(zhǔn)篩疊放順序是否正確(大孔徑在上，小孔徑在下)，篩孔是否干凈，若夾有土粒，需刷凈。將已稱量的試樣倒入頂層篩盤(pán)中，蓋好蓋，用手或搖篩機(jī)搖振，持續(xù)時(shí)間一般為1015min, 然后按從上至下的順序取下篩盤(pán)，在白紙上用手輕叩篩盤(pán)，搖晃，直到篩凈為止。將漏在白紙上的土粒倒入下一層篩盤(pán)內(nèi)，按

4、此順序，直到最末一層篩盤(pán)篩凈為止。(3) 稱量留在各篩盤(pán)上的土粒質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.1g, 并測(cè)量試樣中最大顆粒的直徑。若大于2mm的顆粒超過(guò)50%，再用粗篩進(jìn)行分析。五、成果整理1、某粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分比按下式計(jì)算，準(zhǔn)確至小數(shù)后一位。 (1-1)式中，X 為小于某粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分比,%；mA為小于某粒徑的試樣質(zhì)量,g；mB為所取試樣總質(zhì)量,g。各篩盤(pán)上土粒的質(zhì)量之和與篩前所稱試樣的質(zhì)量之差不得大于1%，否則應(yīng)重新試驗(yàn)。若兩者差值小于1%, 應(yīng)分析試驗(yàn)過(guò)程中誤差產(chǎn)生的原因，分配給某些粒組；最終，各粒組百分含量之和應(yīng)等于100%，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫(xiě)在記錄表中。2、查土類若粒

5、徑小于0.075mm的含量大于50% 則該土不是砂土，而是細(xì)粒土，將這一部分用密度計(jì)法(見(jiàn)第二節(jié))繼續(xù)分析。3、在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪制顆粒大小分布曲線，求不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)，說(shuō)明該土的均一性,并確定土的名稱。4、填寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告。六、注意事項(xiàng)1、在篩析中，尤其是將試樣由一器皿倒入另一器皿時(shí)，要避免微小顆粒的飛揚(yáng)。 2、過(guò)篩后，要檢查篩孔中是否夾有顆粒，若夾有顆粒，應(yīng)將顆粒輕輕刷下，放入該篩盤(pán)上的土樣中，一并稱量。七、思考題1、“粒組”與“粒度成分”兩術(shù)語(yǔ)有什么區(qū)別？2、試分析試驗(yàn)過(guò)程中誤差產(chǎn)生的原因及誤差如何分配。第二節(jié) 密度計(jì)法一、試驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定小于某粒徑的顆粒占細(xì)粒土質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，以便了解土粒組成

6、情況；并作為粉土和粘性土的分類和建筑選料之用。二、基本原理密度計(jì)法是依據(jù)斯托克斯(Stokes)定律進(jìn)行測(cè)定的。當(dāng)土粒在液體中靠自重下沉?xí)r，較大的顆粒下沉較快，而較小的顆粒下沉則較慢。一般認(rèn)為，對(duì)于粒徑為0.20.002mm的顆粒，在液體中靠自重下沉?xí)r，作等速運(yùn)動(dòng)，這符合斯托克斯定律。密度計(jì)法是靜水沉降分析法的一種，只適用于粒徑小于0.075mm的土樣。密度計(jì)法，是將一定量的土樣(粒徑<0.075mm)放在量筒中，然后加純水，經(jīng)過(guò)攪拌，使土的大小顆粒在水中均勻分布，制成一定量的均勻濃度的土懸液(1000mL)。靜止懸液，讓土粒沉降，在土粒下沉過(guò)程中，用密度計(jì)測(cè)出在懸液中對(duì)應(yīng)于不同時(shí)間的不

7、同懸液密度，根據(jù)密度計(jì)讀數(shù)和土粒的下沉?xí)r間，就可計(jì)算出粒徑小于某一粒徑d(mm)的顆粒占土樣的百分?jǐn)?shù)。用密度計(jì)進(jìn)行顆粒分析須作下列三個(gè)假定：1、斯托克斯定律能適用于用土樣顆粒組成的懸液。2、試驗(yàn)開(kāi)始時(shí), 土的大小顆粒均勻地分布在懸液中。3、所采用量筒的直徑較比重計(jì)直徑大得多。三、儀器設(shè)備1、密度計(jì)目前通常采用的密度計(jì)有甲、乙兩種，這兩種密度計(jì)的制造原理及使用方法基本相同,但密度計(jì)的讀數(shù)所表示的含義則是不同的，甲種密度計(jì)讀數(shù)所表示的是一定量懸液中的干土質(zhì)量；乙種密度計(jì)讀數(shù)所表示的是懸液比重。(1)甲種密度計(jì)，刻度單位以在20ºC時(shí)每1000mL懸液內(nèi)所含土質(zhì)量的克數(shù)來(lái)表示，刻度為-55

8、0，最小分度值為0.5。(2)乙種密度計(jì)，刻度單位以在20ºC時(shí)懸液的比重來(lái)表示，刻度為0.9951.020，最小分度值為0.0002。2、量筒：容積1000mL；3、漏斗式洗篩：孔徑0.075mm；4、攪拌器：輪徑50mm，孔徑3mm；5、煮沸設(shè)備：電熱器、錐形燒瓶；6、分散劑：4%六偏磷酸鈉或其他分散劑；7、其他：溫度計(jì)、研缽、秒表、燒杯、瓷皿、天平等。四、操作步驟1、密度計(jì)的校正密度計(jì)在制造過(guò)程中, 其浮泡體積及刻度往往不易準(zhǔn)確, 況且, 密度計(jì)的刻度是以20°C的純水為標(biāo)準(zhǔn)的。由于受實(shí)驗(yàn)室多種因素的影響，密度計(jì)在使用前應(yīng)對(duì)刻度、彎液面、土粒沉降距離、溫度、分散劑等的

9、影響進(jìn)行校正。(1)土粒沉降距離校正 測(cè)定密度計(jì)浮泡體積在250mL量筒內(nèi)倒入約130mL純水，并保持水溫為20°C，以彎液面上緣為準(zhǔn)，測(cè)記水面在量筒上的讀數(shù)并劃一標(biāo)記，然后將密度計(jì)緩慢放入量筒中，使水面達(dá)密度計(jì)的最低刻度處(以彎液面上緣為準(zhǔn))時(shí)，測(cè)記水面在量筒上的讀數(shù)并再劃一標(biāo)記，水面在量筒上的兩個(gè)讀數(shù)之差即為密度計(jì)的浮泡體積，讀數(shù)準(zhǔn)確至1mL。 測(cè)定密度計(jì)浮泡體積中心在測(cè)定密度計(jì)浮泡體積之后, 將密度計(jì)垂直向上緩慢提起，并使水面恰好落在兩標(biāo)記的中間，此時(shí)，水面與浮泡的相切處(彎液面上緣為準(zhǔn))，即為密度計(jì)浮泡的中心，將密度計(jì)固定在三角架上，用直尺量出浮泡中心至密度計(jì)最低刻度的垂直距

10、離。 測(cè)定1000mL量筒的內(nèi)徑（準(zhǔn)確至1mm），并計(jì)算出量筒的截面積。 量出密度計(jì)最低刻度至玻璃桿上各刻度的距離, 每5格量距1次。 按下式計(jì)算土粒有效沉降距離 (1-2)式中，L為土粒有效沉降距離，cm；為水面至密度計(jì)浮泡中心的距離，cm；L1為最低刻度至玻璃桿上各刻度的距離，cm；L0為密度計(jì)浮泡中心至最低刻度的距離，cm；Vb為密度計(jì)浮泡體積，cm3；A為1000mL量筒的截面積，cm。 用所量出的最低刻度至玻璃桿上各刻度的不同距離L1值代入式(1-2), 可計(jì)算出各相應(yīng)的土粒有效沉降距離L值，并繪制密度計(jì)讀數(shù)與土粒有效沉降距離的關(guān)系曲線，從而根據(jù)密度計(jì)的讀數(shù)就可得出土粒有效沉降距離。

11、圖 1-3 彎液面校正(2)刻度及彎液面校正試驗(yàn)時(shí)密度計(jì)的讀數(shù)應(yīng)以彎液面的上緣為準(zhǔn)，而密度計(jì)制造時(shí)其刻度是以彎液面的下緣為準(zhǔn)(圖1-3)，因此應(yīng)對(duì)密度計(jì)刻度及彎液面進(jìn)行校正。將密度計(jì)放入20ºC純水中，此時(shí)密度計(jì)上彎液面的上、下緣的讀數(shù)之差即為彎液面的校正值。因彎液面上緣刻度永遠(yuǎn)大于下緣刻度，故此值永遠(yuǎn)為正。某些密度計(jì)出廠時(shí)已注明以彎液面上緣為準(zhǔn)，即校正值為零。(3)溫度校正密度計(jì)刻度是在20ºC時(shí)刻制的, 但試驗(yàn)時(shí)的懸液溫度不一定恰好等于20ºC, 而水的密度變化及密度計(jì)浮泡體積的膨脹，會(huì)影響到密度計(jì)的準(zhǔn)確讀數(shù)，因此需要加以溫度校正。密度計(jì)讀數(shù)的溫度校正值可從表

12、1-1查得。(4)分散劑校正為了使懸液充分分散，常加一定量的分散劑，懸液的密度則比原來(lái)的增大，因此應(yīng)考慮分散劑對(duì)密度計(jì)讀數(shù)的影響。具體方法是：將量筒內(nèi)1000mL的純水恒溫至20ºC, 先測(cè)出密度計(jì)在20ºC純水中的讀數(shù), 然后再加試驗(yàn)時(shí)采用的分散劑, 用攪拌器在量筒內(nèi)沿整個(gè)深度上下攪拌均勻, 并將密度計(jì)放入溶液中測(cè)記密度計(jì)讀數(shù), 兩者之差, 即為分散劑校正值。(5)土粒比重校正密度計(jì)刻度系假定懸液內(nèi)土粒的比重為2.65制作的，若試驗(yàn)時(shí)土粒的比重不是2.65，則必須加以校正，甲、乙兩種密度計(jì)的比重校正值可由表1-2查得。表1-1 溫度校正值懸液溫度（）甲種密度計(jì)溫度校正值乙

13、種密度計(jì)溫度校正值懸液溫度（）甲種密度計(jì)溫度校正值乙種密度計(jì)溫度校正值懸液溫度（）甲種密度計(jì)溫度校正值乙種密度計(jì)溫度校正值10.0-2.0-0.001217.0-0.8-0.000524.01.30.000810.5-1.9-0.001217.5-0.7-0.000424.51.50.000911.0-1.9-0.001218.0-0.5-0.000325.01.70.001011.5-1.8-0.001118.5-0.4-0.000325.51.90.001112.0-1.8-0.001119.0-0.3-0.000226.02.10.001312.5-1.7-0.001019.5-0.1-

14、0.000126.52.20.001413.0-1.6-0.001020.00027.02.50.001513.5-1.5-0.000920.50.10.000127.52.60.001614.0-1.4-0.000951.00.30.000228.02.90.001814.5-1.3-0.000821.50.50.000328.53.30.001915.0-1.2-0.000822.00.60.000429.03.30.002115.5-1.1-0.000722.50.80.000529.53.50.002216.0-1.0-0.000623.00.90.000630.03.70.00231

15、6.5-0.9-0.000623.51.10.0007表1-2 土粒比重校正值土粒比重2.502.522.542.562.582.602.622.642.66校正值甲種密度計(jì)1.0381.0321.0271.0221.0171.0121.0071.0020.998乙種密度計(jì)1.6661.6581.6491.6411.6321.6251.6171.6091.603土粒比重2.682.702.722.742.762.782.802.822.84校正值甲種密度計(jì)0.9930.9890.9850.9810.9770.9730.9690.9650.961乙種密度計(jì)1.5951.5881.5811.575

16、1.5681.5621.5561.5491.5432、處理土樣及制備懸液(1) 取代表性試樣200300g, 風(fēng)干并測(cè)定試樣的風(fēng)干含水率，放入研缽中，用帶橡皮頭的研棒研散。(2) 稱風(fēng)干試樣30g，倒入500mL錐形瓶，注入純水200ml, 浸泡過(guò)夜。(3) 將盛土液的錐形瓶稍加搖晃后放在煮沸設(shè)備上進(jìn)行煮沸，煮沸時(shí)間宜為40min。(4) 將冷卻后的懸液全部沖入燒杯中，用帶橡皮頭研棒研磨；靜止約1min，將上部懸液倒在0.075mm洗篩上，經(jīng)漏斗注入1000mL的大量筒內(nèi)，遺留杯底沉淀物用橡皮頭研棒研散，再加適量純水?dāng)嚢?，倒出上部懸液過(guò)篩入量筒內(nèi)。如此反復(fù)，直至懸液澄清后將燒杯中全部試樣過(guò)篩，

17、沖洗干凈；將篩上砂粒移入蒸發(fā)皿內(nèi)，烘干后，按試驗(yàn)一步驟2過(guò)篩稱量，并計(jì)算各粒組百分含量。(5) 在大量筒中加入4%濃度的六偏磷酸鈉10mL，再注入純水至1000mL。3、按時(shí)測(cè)定懸液的密度及溫度(1)將攪拌器放入量筒中，沿懸液深度上下攪拌1min，使土粒完全均布到整個(gè)懸液中。注意攪拌時(shí)勿使懸液濺出量筒外。(2)取出攪拌器，同時(shí)立即開(kāi)動(dòng)秒表，將密度計(jì)放入懸液中，測(cè)記0.5、1、2、5、15、30、60、120和1440min時(shí)的密度計(jì)讀數(shù)，并測(cè)定其相應(yīng)的懸液溫度。根據(jù)試驗(yàn)情況或?qū)嶋H需要，可增加密度計(jì)讀數(shù)次數(shù)，或縮短最后一次讀數(shù)時(shí)間。(3) 每次讀數(shù)時(shí)均應(yīng)在預(yù)定時(shí)間前1020s將密度計(jì)徐徐放入懸液

18、中部，不得貼近筒壁，并使密度計(jì)豎直，還應(yīng)在近似于懸液密度的刻度處放手，以免攪動(dòng)懸液。(4) 密度計(jì)讀數(shù)以彎液面上緣為準(zhǔn)。甲種密度計(jì)應(yīng)準(zhǔn)確至0.5, 估讀至0.1；乙種密度計(jì)應(yīng)準(zhǔn)確至0.0002, 估讀至0.0001。每次讀數(shù)完畢，立即取出密度計(jì)，放入盛有清水的量筒中。(5) 測(cè)定懸液溫度，應(yīng)準(zhǔn)確至0.5ºC。五、成果整理1、試樣顆粒粒徑按斯托克斯公式(1-3)計(jì)算： (1-3)式中，d 為土顆粒粒徑，mm；h 為水的動(dòng)力粘滯系數(shù)（kPa·s×106）；Gs為土粒比重；Gwt為 tºC 時(shí)水的比重；wt為4ºC時(shí)純水的密度，g/cm3；L為土粒下

19、沉距離，cm；t 為土粒下沉?xí)r間，s；g為重力加速度(cm/s2)；A為粒徑計(jì)算系數(shù)，與懸液溫度和土粒比重有關(guān)，可由表1-3查得。表1-3 粒徑計(jì)算系數(shù)A值表溫度t ()土粒比重Gs2.452.502.552.602.652.702.752.802.8550.13850.13600.13990.13180.12980.12790.12610.12430.122660.13650.13420.13200.12990.12800.12610.12430.12250.120870.13440.13210.13000.12800.12600.12410.12240.12060.118980.13240

20、.13020.12810.12600.12410.12230.12050.11880.118290.13050.12830.12620.12420.12240.12050.11870.11710.1164100.12880.12670.12470.12270.12080.11890.11730.11560.1141110.12700.12490.12290.12090.11900.11730.11560.11400.1124120.12530.12320.12120.11930.11750.11570.11400.11240.1109130.12350.12140.11950.11750.11

21、580.11410.11240.11090.1094140.12210.12000.11800.11620.11490.11270.11110.10950.1080150.12050.11840.11650.11480.11300.11130.10960.10810.1067160.11890.11690.11500.11320.11150.10980.10830.10670.1053170.11730.11540.11350.11180.11000.10850.10690.10470.1039180.11590.11400.11210.11030.10860.10710.10550.1040

22、0.1026190.11450.11250.11080.10900.10730.10580.10310.10880.1014200.11300.11110.10930.10750.10590.10430.10290.10140.1000210.11180.10990.10810.10640.10430.10330.10180.10030.0990220.11030.10850.10670.10500.10350.10190.10040.09900.0977230.10910.10720.10550.10380.10230.10070.09930.09790.0966240.10780.10610.10440.10280.10120.09970.09820.09600.0956250.10650.10470.10310.10140.09990.09840.09700.09570.0943260.10540.10350.10190.10030.09880.09730.09590.09450.0933270.10410.10240.10070.09920.09770.09620.09480.09350.0923280.10320.10140.09980.09820.09670.09530