顆粒大小分析

1、附錄 土 工 試 驗實驗四 顆粒大小分析試驗 (一)概述 試驗目的是使用比重計法測定土的各種粒組占該土總質(zhì)量的百分數(shù)，并據(jù)此繪制顆粒大小分配曲線。比重計法適用于分析粒徑小于0.075mm的土樣，若試樣中還有大于0.075mm的粒徑時，應聯(lián)合使用比重計法和篩析法。 (二)試驗原理 比重計法是將一定質(zhì)量的試樣加入4濃度的六偏磷酸鈉10mL混合成1000mL懸液，并使懸液中的土粒均勻分布。此時懸液中不同大小的土粒下沉速度快慢不一。一方面可由斯篤克(Stokes，1845)定律計算懸液中不同大小土粒的直徑，另一方面用比重計測定其相應不同大小土粒質(zhì)量的百分數(shù)。 1斯篤克定律 根據(jù)斯篤克定律各種土粒在懸液

2、中的下沉速度與其直徑大小、比重和液體的動力粘滯系數(shù)有關(guān)。在時間t內(nèi)的下沉速度v為：或附4.1式中 v土顆粒下沉速度，cm/s；h純水的動力粘滯系數(shù)，10-6kPa·s d土顆粒粒徑，mm； g重力加速度，981cm/s2； ds土粒的比重； rw4時水的密度，g/cm3； dwt溫度T時水的比重； L某一時間t內(nèi)土粒的沉降距離，cm； t土粒沉降的時間，s；k粒徑計算系數(shù)。 為了簡化計算，用圖附4.1的斯篤克列線圖，便可求得粒徑d值。此時，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。 2懸液中土粒質(zhì)量的百分數(shù) 附圖4.1 斯篤克列線圖 設V為

3、懸液的體積，Ms為該懸液內(nèi)所含土體顆?？傎|(zhì)量。故開始時懸液單位體積內(nèi)的土粒質(zhì)量為，土粒體積為。由于單位體積的懸液是土粒和水所組成，則水的體積應為，水的質(zhì)量為，故試驗開始時土粒均勻分布的懸液密度為：式中 rl試驗開始時土粒均勻分布的懸液密度，g/cm3； rwt試驗開始時溫度為T的水的密度，g/cm3。 其他符號的意義同前。 現(xiàn)從量筒中液面下深度L處，取一微小體積的懸液進行研究。自開始下沉至t時間，懸液內(nèi)大于粒徑d的土粒，都通過此微小體積而下沉，而小于粒徑d的數(shù)量保持不變。則該微小體積內(nèi)，單位體積內(nèi)小于粒徑d之土粒質(zhì)量為。由附式12可導得t時刻深度L處小于粒徑d的土粒質(zhì)量的百分數(shù)為：附4.2式中

4、 rt時刻深度L處小于粒徑d的土粒質(zhì)量的百分數(shù)。 rltt時刻深度L處微小體積懸液密度，g/cm3； 3比重計讀數(shù)的校正 目前通常采用的比重計有甲、乙兩種。甲種比重計刻度表示1000mL懸液中所含干土質(zhì)量的克數(shù)，乙種比重計刻度表示懸液比重。兩種比重計是在20時刻制的，且土粒比重都以2.65為基準。故在使用比重計時，由于使用條件的變化，需要進行如下的校正。 (1)刻度及彎液面校正 由于比重計在制造時刻度可能有誤差，使用前應校正。同時，比重計的刻度是以彎液面底為準，而在使用時，由于懸液混濁，其讀數(shù)以彎液面頂部為準，故應進行彎液面校正。 (2)分散劑校正 比重計刻度是以純水為標準的，當懸液中加入分散

5、劑時，則比重增大，故應加以校正。方法是注純水入量筒，加分散劑使量筒中溶液達1000mL，拌均，恒溫至20，測記比重計讀數(shù)，此讀數(shù)與20純水中比重計讀數(shù)之差，即為分散劑校正值。 (3)土粒沉降距離校正 比重計讀數(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際下沉距離(有效沉降距離)，借以計算粒徑d。當比重計放人懸液內(nèi)，液面因而升高，此時液面至比重計浮泡中心的距離，并不代表土粒的實際沉降距離。因此，必須加以校正。(4) 溫度和土粒比重校正值分別查表確定。附表4.1 比重校正系數(shù)土粒比重比重校正系數(shù)土粒比重比重校正系數(shù)甲種比重計乙種比重計甲種比重計乙種比重計dsCs C¢sds Cs

6、 C¢s2.502.522.542.562.582.602.622.642.662.681.0381.0321.0271. 0221.0171.0121.0071.0020.9980.9931.6661.6581.6491.64l1.6321.625·1.6171.6091.6031.5952.702.722.742.?62.782.802.822.842.862.880.9890.9850.9810.9770.9730.9690.9650.96l0.9580.9541.5881.5811.5751.5681.5621.5561.5491.5431.5381.532 (三)

7、儀器設備 1)比重計甲種比重計：刻度單位以20時1000mL懸液中所含干土質(zhì)量的克數(shù)表示，刻度為-550，最小分度為0.5。乙種比重計：刻度單位以20時懸液的比重表示，刻度為0.9951.020，最小分度為0.0002； 2)量筒：容積1000mL，內(nèi)徑60mm，高度350±10mm，刻度01000mL； 3)天平：稱量1000g，感量0.1g；稱量200g，感量0.01g； 4)攪拌器：底板直徑50mm，孔徑3mm； 5)其他：溫度計、秒表、三角燒瓶(容積500mL)，電熱器等。 (四)試驗步驟 (1)比重計法應采用天然含水量的土樣。若土樣在分析前無法保持其天然含水量，則允許用風干

8、或烘干土樣進行分析。 (2)稱取小于0.075mm的烘干試樣30g，稱量準確至0.0lg，裝入三角燒瓶中，注入約200mL蒸餾水，浸泡一晝夜(對于砂性較大，易于分散的土，可適當減少浸泡時間)。 (3)加入分散劑，將三角燒瓶稍加搖蕩后，放在電熱器上煮沸40min。 (4)待懸液冷卻后，將其注入1000mL的量筒內(nèi)，并將燒瓶中剩留的懸液，分次用少量蒸餾水洗凈倒人量筒內(nèi)。加濃度為4%的六偏磷酸鈉約l0mL于懸液中，在注入蒸餾水，使筒內(nèi)懸液恰達1000mL。 (5)將盛有懸液的量筒，置于平穩(wěn)且便于測讀的平臺上。將攪拌器放人量筒內(nèi)，沿整個懸液深度上下攪拌約l.0min，往復各30次，使懸液徹底拌勻。附表

9、4.2 溫度校正值懸液溫度()甲種比重計溫度校正值乙種比重計溫度校正值懸液溫度()甲種比重計溫度校正值乙種比重計溫度校正值5.06.07.08.09.010.010.511.011.512.012.513.013.514.014.515.015.516.016.517.017.518.018.519.019.520.020.521 021.522.022.523.023.5-2.2-2.2-2.2-2.2-2.1-2.0-1.9-1.9-1.8-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3-1.2-1.1-1.0-0.9-0.8-0.7-0.5-0.4-0.3-0.10.0+0.1+0.3+

10、0.5+0.6+0.8+0.9+1.1-0.0014-0.0014-0.0014-0.0014-0.0013-0.0012-0.0012-0.0012-0.0011-0.0011-0.0010-0.0010-0.0009-0.0009-0.0008-0.0008-0.0007-0.0006-0.0006-0.0005-0.0004-0.0003-0.0003-0.0002-0.00010.0000+0.0001+0.0002+0.0003+0.0004+0.0005+0.0006+0.000724.024.525.025.526.026.527.027.528.028.529.029.530.

11、030.531.031.532.032.533.033.534.034.535.035.536.036.537.037.538.038.539.039.540.0+1.3+1.5+1.7+1.9+2.1+2.3+2.5+2.6+2.9+3.1+3.3牛3.5+3.7+3.9+4.2+4.4+4.6+4.8+5.0+5.3+5.5+5.8+6.0+6.2+6.5+6.7+7.0+7.3+7.6+7.9+8.2+8.5+8.8+0.0008+0.0009+0.0010+0.0011+0.0013+0.0014+0.0015+0.0016+0.0018+0.0019+0.0021+0.0022+0.

12、0023+0.0025+0.0026+0.0027+0.0029+0.0030+0.0032+0.0034+0.0035+0.0037+0.0038+0.0040+0.0042+0.0043+0.0045+0.0047+0.0048+0.0050+0.0052+0.0053+0.0055(6)取出攪拌器，同時開動秒表。測記經(jīng)過1、5、15、30、60、120、240和1440min時的比重計讀數(shù)。根據(jù)試樣情況或?qū)嶋H需要，可增加比重計讀數(shù)或縮短最后一次讀數(shù)的時間。每次讀數(shù)均應在預定時間前1020s，將比重計小心地放人懸液中接近讀數(shù)的深度，以免比重計上下跳動。比重計浮泡應保持在量筒中心位置，不得偏

13、近筒壁。 (7)比重計讀數(shù)均以彎液面上緣為準。甲種比重計應準確讀至1，估讀至0.1；乙種比重計應準確讀至0.001，估讀至0.0001。(8)每次讀數(shù)完畢，立即取出比重計，將其放人盛有清水的量筒中。同時測定各相應的懸液溫度，準確至0.5。 (五)計算及記錄 1、小于某粒徑土粒含量占干土總質(zhì)量的百分數(shù)按下式計算：甲種比重計附4.3式中 ms干土質(zhì)量，g； Cs比重校正系數(shù)，rs土粒的密度，g/cm3； rw2020時水的密度，g/cm3； R甲種比重計讀數(shù)； Rt溫度校正值； Rd分散劑校正值。乙種比重計附4.4式中 V懸液體積，cm3； C¢s比重校正系數(shù)， R¢乙種比重計讀數(shù)； R¢t溫度校正值； R¢d分散劑校正值。2、土粒粒徑按式計算。 3、用小于某粒徑的土粒質(zhì)量百分數(shù)r(%)為縱坐標，顆粒直徑d(mm)的對數(shù)值為橫坐標，繪制顆粒大小級配曲線。 4、