实验一土壤颗粒组成的测定-简易比重计法

1、实验一土壤颗粒组成的测定简易比重计法一、方法原理分散的土粒在静水中由于重力作用而沉降，沉降的速度依土粒粒径的大小而有所差异，分散后的土壤悬浊液中0.05mm粒径可根据Stokes定律，利用静水沉降方法测定土壤各粒级的含量。2Stokes定律：v=gxr2（pp）九9sw式中：v土粒沉降速度cms-1；r土粒半径cm；g重力加速度（981cms-2）；ps土粒比重（2.65）；p水的密度gcm-3；耳一水的粘带系数gcm-1.s-1。w该定律是细小的球形（实际土粒不是球形）颗粒在一定密度和粘滞度的流体中，在重力作用下作匀速沉降运动，其沉降速度与颗粒半径平方成比。水中每一颗粒都受重力一Fg和方向相

2、反的浮力一fa之合理所支配，F二mg二Vpg,F=VpggsAw式中：m颗粒质量；V颗粒体积；g重力加速度；p颗粒密度；sp水密度。w驱使球形颗粒的向下运动的合力F应该是：合4F=F-F=V（p-p）g=-nr3（p-p）g合gAsw3sw沉降的球形颗粒在水中下降时还会受到与重力相反的粘滞阻力F的作用，G.G.Stoke阻指出粘滞阻力F等于：阻F=6nrv阻式中：耳一为水的粘滞系数（Pas）,厂一为颗粒的半径（cm）,v-为颗粒在水中的沉降速度（cms-1）。当颗粒作匀速运动时，驱使颗粒向下运动的重力与浮力之合力应与粘滞阻力数值相等，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则：由于颗粒作匀速下降运动，颗粒在t时间内下降深度为h，则v=-带入3-7公式中,t399hnt=2g(p-p)r2sw根据3-9公式可编制成土壤颗粒分析吸取悬液时间t和深度h表，便于分析操作。应用Stokes定律有不少假设条件事实上有些是达不到的，但有几个假设条件是实验必须注意的：颗粒必须比液体（水）分子大得多，否则颗粒在沉降时会受布朗运动的影响而改变沉降的路径；颗粒太大下沉时不可能是恒速运动，容易引起湍流，故颗粒粒径不应过大。按Stokes公式计算的各颗粒粒径范围应为0.050.001mm。颗粒必须是光滑的、非弹性的球型，虽然不是球形

4、，但是充分分散的土粒可以近似视为球形。悬液的密度应当是使颗粒在液体中自由沉降，而彼此互不影响，所以一般土壤悬液的密度以3%为宜，不能5%,因此测定时，粘土、壤土一般称1015g土,砂土称1530g土配制成1000mL悬浊液。测定悬浊液中的各级土粒含量的方法有吸管法和比重计法。具体提取各级细粒的方法，主要于1000mL量筒中进行提取，吸管法是在量筒中的一定深度，按Stokes公式计算的各粒径所需时间提取土粒悬浊液，烘干后称重，再计算小于相应粒径的累积量，两次测定的累积量相减，即得某一粒径范围的土粒量。土壤比重计（如鲍氏比重计）法测定各粒级含量是根据Stokes定律计算出的各粒级沉降一定深度所需要

5、的时间，放入比重计进行快速测量，但其精度远不及吸管法。二、仪器药品1仪器：甲种比重计、沉降筒、搅拌棒、天平、漏斗、温度计、电热板、三角瓶、洗瓶、带秒针时钟。2分散剂：0.5M氢氧化钠（用于酸性土壤）、0.25M草酸钠（用于中性土壤）、0.5N焦磷酸钠（用于碱性土壤）。三、操作步骤称取土样用百分之一天平称过20号筛的土样50100g（如果质地越偏砂则称样量越大），供分散处理用。分散土粒将称好的土样放在500ml三角瓶中，加入选定的分散剂20ml后，再用蒸馏水冲至200300ml。摇匀后静置两小时，并每隔15分钟左右摇动一次（因时间问题，试验中不做这一步了）。盖上小漏斗，然后放在电热板上加热煮沸。

6、在未煮沸前应经常摇动三角瓶，以防土粒沉积粘附瓶底，结成硬块或烧焦而影响分散，并可能因冷热不均而发生破裂。煮沸后保持沸腾60min（因时间问题，试验中只需沸腾10min即可）。制备悬液将冷却的三角瓶中悬液全部进入沉降筒，用蒸馏水定容到1000ml。放置于温差变化小的室内平稳桌面上，避免阳光直射，并准备比重计、秒表、温度计（0.1C）、记录纸等。测定悬液比重用搅拌棒搅动悬液1min,测定液温，记录开始时间（以搅拌棒离开液面的那一时刻记为第0s），按表1中所列温度、时间和粒径的关系，根据当时的液温和待测的粒级最大直径值，查表2选定测比重计读数的时间。提前30秒钟，将比重计轻轻地、垂直地插入悬液中，放

7、在沉降筒的中心位置，并略为扶住其玻璃杆，使它不上下左右晃动，直到基本稳定为止，到了选定的时间即测记比重计读数。立即取出比重计，洗去土粒，以备下次使用，并测量悬液温度。将读数经必要的校正计算后，即代表直径小于所选定的毫米数的颗粒累积含量。按照上述步骤，就可分别测出V0.05、V0.01、V0.005、V0.001mm等各级土粒的比重计读数。四、结果计算小于某粒径土粒含量校正后读数烘干土样重X100烘干土样重=比重计读数-温度校正值-分散剂校正值分散剂校正值（g/L）=分散剂摩尔质量x力口入量（mL）1000将相邻两粒径的土粒累积百分数值相减，即为该两粒径范围内的粒级百分含量。五、讨论实验中一些需

8、要注意的问题，误差的来源讨论等。附表1甲种鲍氏比重计温度校正表温度/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温度/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温度/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温度/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小于某粒径土粒下沉所需要的时间表/ch分秒h分秒h分秒h413243255485130422504861254025048712338245488120372404891183623048101183522548111153422548121123322048131103221548141103121548151830215481616292548171528248181227255481912725548205026150482156261504822552515048235424145482454241454825532