比重计读数在土的颗粒分析中的探讨

比重计法是依据斯托克斯 (s t o k e s) 定律进行测定的, 基本原理认为0.2 m m～0.0 0 2 m m的颗粒在液体中靠自重下沉时作等速运动, 较大的颗粒下沉较快, 较小的颗粒下沉较慢, 一般认为比重计法只适用于粒径小于0.0 7 5 m m (或0.1 m m) 的试样。假设有一圆球形颗粒在无限大的不可压缩的粘滞性液体中, 它在重力F1, 浮力F2, 液体对球体的粘滞阻力R f三力作用下, 做等速υ下沉。

上式中土粒的有效沉降距离L=L1+ (LO-Vb/2A) ;L1为最低刻度至比重计读数的距离 (cm) ;LO为浮泡体积中心至最低刻度间的距离 (c m) ;V b为浮泡体积 (c m 3) ;A为1000mL量筒截面积 (cm3) 。

用所量出的最低刻度至玻璃杆上各刻度的不同距离L1代入上式, 可算出各相应的土粒的有效沉降距离L值, 并绘制比重计读数与土粒有效沉降距离关系曲线L=ab·R, 每支TM—85型土壤比重计的沉降距离校正系数 (a、b) 厂家均已给出。

由此可见, 当比重计和与它匹配的量筒已经确定, 则土粒沉降距离L=a-b·R只和比重计读数值有关, 且R无需校正, 而某些颗粒分析软件却对此进行了温度和土粒比重的校正, 该计算与原理相悖。当然土粒的沉降距离受温度与土粒比重的影响, 但不应在此重复考虑, 因为在计算颗粒粒径时 (d=K, 粒径计算系数K值已将温度和土粒比重的影响考虑进去, 因此在计算有效沉降距离时采用比重计校正读数是不应该的。

比重计校正读数是这样来的:在进行颗粒分析时, 先将一定量的干土 (粒径<0.075mm) 放在量筒中, 然后加纯水, 经过搅拌使各种粒径的土在悬液中均匀分布, 即各种粒径在悬液中的浓度在不同深度处是相等的, 静止一段时间ti后, 悬液中粒径为di的颗粒以相应的沉降速度υi在水中沉降, 较粗的颗粒在悬液中沉降较快, 较细的颗粒则沉降较慢, 在深度Li处, 沉降速度υi=Li/ti, 所以在Li深度范围内肯定已没有粒径大于di的颗粒, 在Li深度处一微小区段内的悬液中只有等于及小于di的颗粒, 而且等于及小于di的颗粒浓度与开始均匀悬液中等于及小于di的颗粒浓度相等。

如悬液体积为1000cm3, 其中所含小于di的土粒质量为mi, 则在某深度处悬液的密度为:

粒径计算系数值已将温度和土粒比重的影响考虑进去, 因此在计算有效沉降距离时采用土粒及水在20℃的密度。土粒比重不是对于常用的甲种比重计系根据20℃所测悬液密度, 假定土粒比重Gs为2.65, 20℃时水的密度为1g·cm-3, 使用上式计算mi刻制读数 (R) , 小于某粒径di的试样质量占试验总质量的百分数比为:

md为试样干质量。

颗粒下沉在试验过程中的标准温度为20℃, 在此状态下比重计读数符合理想状态, 而不会产生因温度影响的误差, 但在实际工作中, 如温度不在20℃, 土粒比重不是2.65, 只要加以必要的校正, 亦能得出同样的结果。

试验时密度计的读数是以弯液面上缘为准的, 而密度计制造时其刻度是以弯液面的下缘为准, 因此应对密度计的弯液面进行校正, 弯液面校正值为n。

在用密度计读数时, 若在悬液中加人分散剂, 则也应考虑分散剂对密度计读数的影响, 分散剂校正值为CD。

土工试验规范已给出了温度范围1 0℃～3 0℃的温度校正值和土粒比重2.5 0～2.8 8的土粒比重校正值C G。

小于某粒径的试样质量百分比

土质量百分数的计算公式中比重计读数, 必须是经过温度与土粒比重校正后的比重计读数, 由此可见, 比重计温度和土粒比重校正读数不适用于土粒有效沉降距离的计算, 而只适用于小于某粒径的试样质量百分比的计算。

摘要：土样经化学和物理方法处理成悬浮液定容后, 根据司笃克斯 (Stokes) 定律及土壤比重计浮泡在悬浮液中所处的平均有效深度, 静置不同时间后, 用土壤比重计直接读出每升悬浮液中所含各级颗粒的质量, 计算其百分含量, 并定出土壤质地名称。比重计法操作较简便, 但精度较差, 可根据需要选择使用。本文通过分析比重计法颗粒分析试验的原理, 说明了比重计法读数校正 (除弯月面、分散剂校正) 的由来, 指出了某些土工试验分析软件中存在的重复校正问题。

关键词：土颗粒分析,比重计,校正问题