颗粒大小分析

1、附录 土 工试验实验四颗粒大小分析试验(一)概述试验目的是使用比重计法测定土的各种粒组占该土总质量的百分数，并据此绘制颗粒大小分配曲线。比重计法适用于分析粒径小于0.075mm的土样，若试样中还有大于0.075mm的粒径时，应联合使用比重计法和筛析法。(二)试验原理比重计法是将一定质量的试样加入4%浓度的六偏磷酸钠 10ml混合成1000ml悬液，并使悬液中的土粒均匀分布。此时悬液中不同大小的土粒下沉速度快慢不一。一方面可由 斯笃克(stokes, 1845)定律计算悬液中不同大小土粒的直径，另一方面用比重计测定其相应不同大小土粒质量的百分数。1.斯笃克定律根据斯笃克定律各种土粒在悬液中的下沉

2、速度与其直径大小、比重和液体的动力粘滞 系数有关。在时间t内的下沉速度v为：l(ds dwt) w ,2v - - gdt1800 10或d k jl附 4.1tk 1800 104(ds dwt ) wg 式中 v±颗粒下沉速度，cm/s;纯水的动力粘滞系数，10-6kpa sd±颗粒粒径， mm;g重力加速度，981cm/s2；ds土粒的比重；w4 c时水的密度，g/cm3;dwt温度tc时水的比重；l 某一时间t内土粒的沉降距离，cm；t土粒沉降的时间，s;k粒径计算系数。为了简化计算，用图附 4.1的斯笃克列线图，便可求得粒径d值。此时，悬液中在 l范围内所有土粒的

3、直径都比算得的d值小，而大于d的土粒都下沉到比 l大的深度处。2 .悬液中土粒质量的百分数3 & 7 s 3 5 7 9 3 s 7 y 3 5 7 9 3 5 7sl i，二-二x-r!l二一二 二二三享-i.j土r主<3.*-f二二二.-itl; 一二二.-二一二2 1 6 # 1 2 $ 6 8 m 2 4 5 8-1 2 4 *-8 1 24-600.0,00.1. &0 a14u3 3av o-+二，一-t-z+-二二-r 二 j 二= _=/!.二一二一二 一 h 二-二二二74 5 6 7h9 3 4 5月 7sb 2境 a 出匚 4m4,uuplt=r=-

4、e- -l:-th£-.-e，l".>"二-=t-e-je-tg,附图4.1斯笃克列线图设v为悬液的体积，ms为该悬液内所含土体颗粒总质量。故开始时悬液单位体积内的土粒质量为 m-a , 土粒体积为vmsowds由于单位体积的悬液是土粒和水所组成，则水的体积应为1 ms ,水的质量为v wdswt (1),故试验开始时土粒均匀分布的悬液v wds密度为:wtms(1dwt ds式中i试验开始时土粒均匀分布的悬液密度，g/cm3；wt试验开始时温度为 tc的水的密度，g/cm3。其他符号的意义同前。现从量筒中液面下深度 l处，取一微小体积的悬液进行研究。自开始

5、下沉至t时间，悬液内大于粒径d的土粒，都通过此微小体积而下沉，而小于粒径d的数量保持不变。则该微小体积内，单位体积内小于粒径 d之土粒质量为 ms 。由附式1 2可导得t时刻深v度l处小于粒径d的土粒质量的百分数为：dsds dwt ms( itwt )附4.2式中一一t时刻深度l处小于粒径d的土粒质量的百分数。it1时刻深度l处微小体积悬液密度，g/cm3；3 .比重计读数的校正目前通常采用的比重计有甲、乙两种。甲种比重计刻度表示1000ml悬液中所含干土质量的克数，乙种比重计刻度表示悬液比重。 两种比重计是在 20c时刻制的，且土粒比重 都以2.65为基准。故在使用比重计时，由于使用条件的

6、变化，需要进行如下的校正。(1)刻度及弯液面校正由于比重计在制造时刻度可能有误差，使用前应校正。同时，比重计的刻度是以弯液 面底为准，而在使用时，由于悬液混浊，其读数以弯液面顶部为准，故应进行弯液面校正。(2)分散剂校正比重计刻度是以纯水为标准的， 当悬液中加入分散剂时， 则比重增大，故应加以校正。 方法是注纯水入量筒，加分散剂使量筒中溶液达1000ml,拌均，恒温至 20c,测记比重计读数，此读数与 20c纯水中比重计读数之差，即为分散剂校正值。(3) 土粒沉降距离校正比重计读数除用以求得悬液中土粒的含量以外，还用以确定土粒的实际下沉距离 (有效沉降距离)，借以计算粒径do当比重计放人悬液内

7、，液面因而升高，此时液面至比重计浮泡中心的距离，并不代表土粒的实际沉降距离。因此，必须加以校正。（4）温度和土粒比重校正值分别查表确定。附表4.1比重校正系数土粒比重ds比重校正系数土粒比重ds比重校正系数甲种比重计cs乙种比重计c s甲种比重计cs乙种比重计c s2.501.0381.6662.700.9891.5882.521.0321.6582.720.9851.5812.541.0271.6492.740.9811.5752.561.0221.64l2.?60.9771.5682.581.0171.6322.780.9731.5622.601.0121.625 2.800.9691.5

8、562.621.0071.6172.820.9651.5492.641.0021.6092.840.96l1.5432.660.9981.6032.860.9581.5382.680.9931.5952.880.9541.532（三）仪器设备1）比重计甲种比重计：刻度单位以20c时1000ml悬液中所含干土质量的克数表示，刻度为-550,最小分度为0.5。乙种比重计：刻度单位以20c时悬液的比重表示，刻度为 0.9951.020,最小分度为0.0002;2）量筒：容积 1000ml,内径 60mm,高度 350 10mm,刻度 01000ml;3）天平：称量1000g,感量0.1g;称量200

9、g,感量0.01g;4）搅拌器：底板直径 50mm ,孔径3mm；5）其他：温度计、秒表、三角烧瓶（容积500ml）,电热器等。（四）试验步骤（1）比重计法应采用天然含水量的土样。若土样在分析前无法保持其天然含水量，则允许用风干或烘干土样进行分析。（2）称取小于0.075mm的烘干试样30g,称量准确至0.0lg ,装入三角烧瓶中，注入约 200ml蒸储水，浸泡一昼夜（对于砂性较大，易于分散的土，可适当减少浸泡时间）。（3）加入分散剂，将三角烧瓶稍加摇荡后，放在电热器上煮沸40min。（4）待悬液冷却后，将其注入 1000ml的量筒内，并将烧瓶中剩留的悬液，分次用少量蒸储水洗净倒人量筒内。加浓

10、度为4%的六偏磷酸钠约10ml于悬液中，在注入蒸储水，使筒内悬液恰达1000ml o（5）将盛有悬液的量筒，置于平稳且便于测读的平台上。将搅拌器放人量筒内，沿整个 悬液深度上下搅拌约1.0min,往复各30次，使悬液彻底拌匀。附表4.2温度校正值悬液温度(c)甲种比重计 温度校正值乙种比重计 温度校正值悬液温度(c)甲种比重计 温度校正值乙种比重计 温度校正值5.0-2.2-0.001424.0+1.3+0.00086.0-2.2-0.001424.5+1.5+0.00097.0-2.2-0.001425.0+1.7+0.00108.0-2.2-0.001425.5+1.9+0.00119.0

11、-2.1-0.001326.0+2.1+0.001310.0-2.0-0.001226.5+2.3+0.001410.5-1.9-0.001227.0+2.5+0.001511.0-1.9-0.001227.5+2.6+0.001611.5-1.8-0.001128.0+2.9+0.001812.0-1.8-0.001128.5+3.1+0.001912.5-1.7-0.001029.0+3.3+0.002113.0-1.6-0.001029.5牛3.5+0.002213.5-1.5-0.000930.0+3.7+0.002314.0-1.4-0.000930.5+3.9+0.002514.5

12、-1.3-0.000831.0+4.2+0.002615.0-1.2-0.000831.5+4.4+0.002715.5-1.1-0.000732.0+4.6+0.002916.0-1.0-0.000632.5+4.8+0.003016.5-0.9-0.000633.0+5.0+0.003217.0-0.8-0.000533.5+5.3+0.003417.5-0.7-0.000434.0+5.5+0.003518.0-0.5-0.000334.5+5.8+0.003718.5-0.4-0.000335.0+6.0+0.003819.0-0.3-0.000235.5+6.2+0.004019.5

13、-0.1-0.000136.0+6.5+0.004220.00.00.000036.5+6.7+0.004320.5+0.1+0.000137.0+7.0+0.004521 0+0.3+0.000237.5+7.3+0.004721.5+0.5+0.000338.0+7.6+0.004822.0+0.6+0.000438.5+7.9+0.005022.5+0.8+0.000539.0+8.2+0.005223.0+0.9+0.000639.5+8.5+0.005323.5+1.1+0.000740.0+8.8+0.0055(6)取出搅拌器，同时开动秒表。测记经过1、5、15、30、60、120

14、、240和1440min时的比重计读数。根据试样情况或实际需要，可增加比重计读数或缩短最后一次读数的时间。每次读数均应在预定时间前1020s,将比重计小心地放人悬液中接近读数的深度，以免比重计上下跳动。比重计浮泡应保持在量筒中心位置，不得偏近筒壁。(7)比重计读数均以弯液面上缘为准。甲种比重计应准确读至1,估读至0.1;乙种比重计应准确读至 0.001,估读至0.0001。(8)每次读数完毕，立即取出比重计，将其放人盛有清水的量筒中。同时测定各相应的悬液温度，准确至 0.5 c。(五)计算及记录1、小于某粒径土粒含量占干土总质量的百分数按下式计算：甲种比重计附4.3100 -cg(r rt rd)ms式中ms干土质量，g；cs比重校正系数，css w202.65w202.65s土粒的密度，g/cm3；w20 20 c时水的密度，g/cm3;r甲种比重计读数；rt温度校正值；rd分散剂校正值。乙种比重计100v八一cs( r 1) rtrd w20附 4.4ms式中v悬液体积，cm3;cs比重校正系数，cs ss w20r乙种比重计读数；r t温度校正值；r d分散剂校正值。2、土粒粒径按式计算。3、用小于某粒径