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1000cm 3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

速度后求相应的土粒直径，如下式所示：t

L

G G d wTg wT s ?-??=ρη)(1018004。各符号见操作步骤中说明。

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H t (称有效深度）处的密度，并可按式上述公式求出下沉至H t 处的最大粒径d ；同时，通

过计算即可求出H t 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ρd min （对应最大孔隙比e max ）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m s 即可得到V m s d =min ρ，再计算出e max 。

最大干密度ρd max （对应最大孔隙比e min ）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's m ，即可得到最大干密度V m s d 'max =ρ，然后计算出e min 。

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 。

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 B A d m m X ?= 式中，X ——小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比(％)；A m ——小于某粒径的试样质量(g)；B m ——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)；x d ——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：1060d d C u =。式中，u C 不均匀系数；60d 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％；10d 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％。

b 、曲率系数按下式计算：)60102

30

d d d C c ?=。式中，c C 曲率系数；30d 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ω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：

m＝30(1+0.01ω)。

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。

8 如试验完成后发现第一次读数时，下沉土粒已超过中土重的15%，将筒中土过0.075mm 筛，然后按筛析法进行粗粒土的颗分试验。

9 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：

()D T G d

C n m m R C m X -+++=

100

（甲种密度计）。式中 X 小于某粒径的试样质量百分比(％)；d m 试样干质量(g)；G C 土粒比重校正值（查表2.1）；T m ——悬液温度校正值（查表2.3）；D

C 弯月面校正值；R ——甲种密度计读数。

10 试样颗粒粒径按下式计算：t

L

K

d =。式中，d 试样颗粒粒径(mm)；

wTg wT s G G K ρη

)(1018004-??=

，查表（2.4）；η水的动力粘滞系数(kPa·s×106-)；G wT T ℃时水的比重；wT ρ 4℃时纯水的密度(g ／cm 3)；L 某一时间内的土粒沉降距离(cm)；t 沉降时间(s)；g 重力

加速度(cm ／s 2)。

11 颗粒大小分布曲线，应按筛析法中规定的步骤绘制，当密度计法和筛析法联合分析时，应将试样总质量折算后绘制颗粒大小分布曲线；并应将两段曲线连成一条平滑的曲线。

六、试验记录和试验成果：

颗粒分析试验、相对密度试验

试验日期： 第 周、星期 、第 节课 地点： 小组分工： 交报告日期：

1、试验数据

1) 筛析法试验数据

2) 比重计法试验数据

土 粒 比 重 比重计号

2、计算

1) 颗粉分析级配曲线

2) 计算土的不均匀系数C u和曲率系数C c，确定土名并判别土的均一性

3) 计算砂土的相对D r判别砂土的密度度