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量的百分數，并據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量的百分數。1.斯篤克定律根據斯篤克定律各種土粒在懸液中的下沉

2、速度與其直徑大小、比重和液體的動力粘滯 系數有關。在時間t內的下沉速度v為：l(ds dwt) w ,2v - - gdt1800 10或d k jl附 4.1tk 1800 104(ds dwt ) wg 式中 v±顆粒下沉速度，cm/s;純水的動力粘滯系數，10-6kpa sd±顆粒粒徑， mm;g重力加速度，981cm/s2；ds土粒的比重；w4 c時水的密度，g/cm3;dwt溫度tc時水的比重；l 某一時間t內土粒的沉降距離，cm；t土粒沉降的時間，s;k粒徑計算系數。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范圍內所有土粒的

3、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 .懸液中土粒質量的百分數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,附圖4.1斯篤克列線圖設v為懸液的體積，ms為該懸液內所含土體顆?？傎|量。故開始時懸液單位體積內的土粒質量為 m-a , 土粒體積為vmsowds由于單位體積的懸液是土粒和水所組成，則水的體積應為1 ms ,水的質量為v wdswt (1),故試驗開始時土粒均勻分布的懸液v wds密度為:wtms(1dwt ds式中i試驗開始時土粒均勻分布的懸液密度，g/cm3；wt試驗開始時溫度為 tc的水的密度，g/cm3。其他符號的意義同前。現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

5、下沉至t時間，懸液內大于粒徑d的土粒，都通過此微小體積而下沉，而小于粒徑d的數量保持不變。則該微小體積內，單位體積內小于粒徑 d之土粒質量為 ms 。由附式1 2可導得t時刻深v度l處小于粒徑d的土粒質量的百分數為：dsds dwt ms( itwt )附4.2式中一一t時刻深度l處小于粒徑d的土粒質量的百分數。it1時刻深度l處微小體積懸液密度，g/cm3；3 .比重計讀數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懸液中所含干土質量的克數，乙種比重計刻度表示懸液比重。 兩種比重計是在 20c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

6、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 20c,測記比重計讀數，此讀數與 20c純水中比重計讀數之差，即為分散劑校正值。(3) 土粒沉降距離校正比重計讀數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do當比重計放人懸液內

7、，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比重校正系數土粒比重ds比重校正系數土粒比重ds比重校正系數甲種比重計cs乙種比重計c s甲種比重計cs乙種比重計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）儀器設備1）比重計甲種比重計：刻度單位以20c時1000ml懸液中所含干土質量的克數表示，刻度為-550,最小分度為0.5。乙種比重計：刻度單位以20c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,內徑 60mm,高度 350 10mm,刻度 01000ml;3）天平：稱量1000g,感量0.1g;稱量200

9、g,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蒸儲水，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，并將燒瓶中剩留的懸液，分次用少量蒸儲水洗凈倒人量筒內。加濃

10、度為4%的六偏磷酸鈉約10ml于懸液中，在注入蒸儲水，使筒內懸液恰達1000ml o（5）將盛有懸液的量筒，置于平穩且便于測讀的平臺上。將攪拌器放人量筒內，沿整個 懸液深度上下攪拌約1.0min,往復各30次，使懸液徹底拌勻。附表4.2溫度校正值懸液溫度(c)甲種比重計 溫度校正值乙種比重計 溫度校正值懸液溫度(c)甲種比重計 溫度校正值乙種比重計 溫度校正值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)取出攪拌器，同時開動秒表。測記經過1、5、15、30、60、120

14、、240和1440min時的比重計讀數。根據試樣情況或實際需要，可增加比重計讀數或縮短最后一次讀數的時間。每次讀數均應在預定時間前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，不得偏近筒壁。(7)比重計讀數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 c。(五)計算及記錄1、小于某粒徑土粒含量占干土總質量的百分數按下式計算：甲種比重計附4.3100 -cg(r rt rd)ms式中ms干土質量，g；cs比重校正系數，css w202.65w202.65s土粒的密度，g/cm3；w20 20 c時水的密度，g/cm3;r甲種比重計讀數；rt溫度校正值；rd分散劑校正值。乙種比重計100v八一cs( r 1) rtrd w20附 4.4ms式中v懸液體積，cm3;cs比重校正系數，cs ss w20r乙種比重計讀數；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