土的颗粒分析

实验二 颗粒分析试验

学 时：2学时 实验性质：操作型实验

一、目的要求：

掌握土颗分和相对密度实验操作方法，实验数据分析与整理，利用试验数据判断土的组成，级配性质。

二、试验原理：

（一）、筛析法颗粒分析试验原理：

对应于粒径大于0.075mm的粗粒土，一般用筛析法分析土颗粒大小。筛析法是采用不同孔径的分析筛，由上至下孔径自大到小叠在一起。通过筛析后，得到不同孔径筛上土质量，进而计算出粒组含量和累积含量。

（二）、比重计法颗粒分析试验原理：

对应于粒径小于0.075mm的细粒土，采用比重计法。小球体在水中下沉时满足：①小球体在水中沉降的速度是恒定的；②小球体沉降速率与球体直径d的平方成正比。比重计法正是利用这一原理来进行颗粒分析的。

密度计是测定液体密度的仪器。它的主体是个玻璃浮泡，浮泡下端有固定的重物，使密度计能直立地浮于液体中；浮泡上为细长的刻度杆，其上有刻度数和读数。目前，使用的有甲种密度计和乙各密度计两种型号，本试验采用甲种密度计。甲种密度计刻度杆上的刻度单位表示20℃时每1000cm3悬液内所含土粒的质量。由于受实验室多种因素的影响，若悬液温度不是20℃时悬液的密度（或土粒质量），必须将初读数经温度校正；此外，还需进行弯液面校正、刻度校正、分散剂校正。

本试验采用斯托可斯公式来求土粒在静水中沉降速度；密度计法是通过测定土粒直沉降

1800?104??L?。速度后求相应的土粒直径，如下式所示：d?各符号见操作步骤中说明。

(Gs?GwT)?wTgt已知密度的均匀悬液在静置过程中，由于不同粒径土粒的下沉速度不同，粗、细颗粒发生分异现象。随粗颗粒不断沉至容器底部，悬液密度逐渐减小。密度计在悬液中之沉浮决定于悬液之密度变化。密度大时浮得高，读数大；密度小时浮得低，读数小。若悬液静置一定时间t后，将密度计放入盛有悬液的量筒中，可根据密度计刻度杆与液面指示的读数测得某深度Ht(称有效深度）处的密度，并可按式上述公式求出下沉至Ht处的最大粒径d；同时，通

过计算即可求出Ht处单位体积悬液中直径小于d的土粒含量，以及这种土粒在全部土样中所占的百分含量。由于悬液在静置过程中密度逐渐减小，相隔一段时间测定一次读数，就可以求出不同粒径在土中之相对含量。

（三）、相对密实度试验原理：

土的相对密度试验是进行土的最大于密度和最小干密度试验。最小干密度?d min（对应最大孔隙比emax）为土样处于最松弛状态时的干密度（或孔隙比）。试验时，将烘干试样轻轻地倒入一定容积V的容器中，装满后称出试验质量ms即可得到?dmin?msV，再计算出emax。

最大干密度?d max（对应最大孔隙比emin）为土样处于最密实状态时的干密度（或孔隙比）。试验时，将烘干试样倒入容器中，在竖向用击锤锤击，侧向水平震动，使试样达到不变的体积V时，称出试样质量ms'，即可得到最大干密度?dmax?ms'V，然后计算出emin。

三、试验方法：

土的最小干密度试验宜采用漏斗法和量筒法，土的最大干密度试验采用振动锤击法。 四、仪器设备：

（一）、筛析法仪器设备：

1. 分析筛：1)粗筛，孔径为60、40、20、10、5、2mm；2)细筛，孔径为2. 0、1. 0、0. 5、0. 25、0. 075mm。2.天平：称量5000g，最小分度值1g；称量1000g，最小分度值0. 1g；称量200g，最小分度值0. 0lg。3.振筛机：筛析过程中应能上下震动。4.其他：烘箱、研钵、瓷盘、毛刷等。

（二）、比重计法仪器设备：

1．密度计：甲种密度计，刻度－5℃～50℃，最小分度值为0. 5℃。2.量筒：内径约60mm，容积1000mL，高约420mm，刻度0～1000mL，准确至10mL。3.洗筛：孔径0. 075mm。4.洗筛漏斗：上口直径大于洗筛直径，下口直径略小于量筒内径。5.天平：称量1000g，最小分度值0. 1g；称量200g，最小分度值0. 01g。6.搅拌器：轮径50mm，孔径3mm，杆长约450mm，带螺旋叶。7.煮沸设备：附冷凝管装置。8.温度计：刻度0～50℃，最小分度值0. 5℃。9.其他：秒表，锥形瓶(容积500mL)、研钵、木杵、电导率仪等。

五、试验步骤：

（一）、筛析法试验步骤：

1 按表2.1的规定称取试样质量，应准确至0. 1g，试样数量超过500g时，应准确至1g。

表2. 1 取样数量 颗粒尺寸(mm) <2 <10 <20 <40 <60 取样数量(g) 100～300 300～1000 1000～2000 2000～4000 4000以上

2 将试样过2mm筛，称筛上和筛下的试样质量。当筛下的试样质量小于试样总质量的10％时，不作细筛分析；筛上的试样质量小于试样总质量的10％时，不作粗筛分析。

3 取筛上的试样倒入依次叠好的粗筛中，筛下的试样倒入依次叠好的细筛中，进行筛析。细筛宜置于振筛机上震筛，振筛时间宜为10～15min。再按由上而下的顺序将各筛取下，称各级筛上及底盘内试样的质量，应准确至0. 1 g。

4 筛后各级筛上和筛底上试样质量的总和与筛前试样总质量的差值，不得大于试样总质量的1％。(注：根据土的性质和工程要求可适当增减不同筛径的分析筛)

5 小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比，应按下式计算：X?mAmB?dx 式中，X——小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比(％)；mA——小于某粒径的试样质量(g)；mB——细筛分析时为所取的试样质量；粗筛分析时为试样总质量(g)；dx——粒径小于2mm的试样质量占试样总质量的百分比(％)。

图2.3 颗粒大小分布曲线

6 以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比为纵坐标，颗粒粒径为横坐标，在单对数坐标上绘制颗粒大小分布曲线，见图2.3。

7 计算级配指标：不均匀系数和曲率系数。

a、不均匀系数按下式计算：Cu?d60d10。式中，Cu不均匀系数；d60限制粒径，颗粒

大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的60％；d10有效粒径，颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的10％。

2?d10?d60?。式中，Cc曲率系数；d30颗粒大小分布b、曲率系数按下式计算：Cc?d30曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的30％。

（二）、比重计法颗分试验步骤： 1 试验的试样，宜采用风干试样。

2 称取具有代表性风干试样200—300g，过2mm筛，求出筛上试样占试样总质量的百分比。取筛下土测定试样风干含水率。

3 将土样拌和均匀，称取30g的风干土样作为试样，当采用天然含水量为?土样作为试样时，按下式计算所需湿土质量：为30g的风干试样质量按下式计算：m0＝30(1+0.01?)。

4 将风干试样或洗，盐后在滤纸上的试样，倒入500mL锥形瓶，注入纯水200mL，浸泡过夜，然后置于煮沸设备上煮沸，煮沸时间宜为40min。

5 试验冷却后，倒入进行颗分试验用的量筒中，让烧杯中土洗净并全部倒入量筒中，加入4％六偏磷酸钠10mL或10%的硅酸纳，再注入纯水至1000mL。

6 将搅拌器放入量筒中，沿悬液深度上下搅拌1min，取出搅拌器，立即开动秒表，将密度计放入悬液中，测记0. 5、1、2、5、15、30、60、120和1440min时的密度计读数。每次读数均应在预定时间前10～20s，将密度计放入悬液中。且接近读数的深度，保持密度计浮泡处在量筒中心，不得贴近量筒内壁。

7 密度计读数均以弯液面上缘为准，甲种密度计应准确至0. 5。每次读数后，应取出密度计放入盛有纯．水的量筒中，并应测定相应的悬液温度计准确至5℃，放入或取出密度计时，应小心轻放，不得扰动悬液。

表2.2 土粒比重校正表 土粒比重 2.50 2.52 2.54 2.56 2.58 校正值CG 1.038 1.032 1.027 1.022 1.017 土粒比重 2.60 2.62 2.64 2.66 2.68 校正值CG 1.012 1.007 1.002 0.998 0.993 土粒比重 2.70 2.72 2.74 2.76 2.78 校正值CG 0.989 0.985 0.981 0.977 0.973 土粒比重 2.80 2.82 2.84 2.86 2.88 校正值CG 0.969 0.965 0.961 0.958 0.954 表2.3 悬液温度校正表 温度(℃) 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 校正值mT -2.0 -1.9 -1.9 -1.8 -1.8 -1.7 温度(℃) 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 校正值mT -1.2 -1.1 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 温度(℃) 19.5 20.0 21.0 21.5 22.0 22.5 校正值mT -0.1 0.0 +0.3 +0.5 +0.6 +0.8 温度(℃) 25.0 25.5 26.0 26.5 27.0 27.5 校正值mT +1.7 +1.9 +2.1 +2.2 +2.5 +2.6