顆粒分析試驗(yàn)

1、顆粒分析試驗(yàn)09011粒組的概念土顆粒大小，通常以其直徑大小表示，簡稱粒徑，單位為mm。所謂土的顆粒大小組合情況在工程上就是按土顆粒（粒徑）大小分組，稱為粒組。每個粒組都以土粒直徑的兩個數(shù)值作為其上下限，并給以適當(dāng)?shù)拿Q， 簡言之，粒組就是一定的粒徑區(qū)段，以毫米表示。目前，我國廣泛應(yīng)用的粒組劃分方案如下表：粒組的粒徑范圍（mm）粒組的名稱方案一方案二d>200漂石粒（塊石粒）巨粒漂石粒（塊石粒）200>d>60卵石粒（碎石粒）卵石粒（碎石粒）60>d>20粗粒礫粒粗礫粒20>d>2圓礫粒（角礫粒）細(xì)礫粒2>d>0.5砂粒粗砂粒粗0.5>

2、;d>0.25中中0.25)d >0.075細(xì)細(xì)0.075 >d> 0.005粉粒細(xì)粒粉粒0.005>d粘粒粘粒09012粒度成分的表示方法土的粒度成分是指土中各種不同粒組的相對含量（以干土質(zhì)量的百分比表示），它可用以描述土中不同粒徑土粒的分布特征， 也稱顆粒級配?？梢圆捎枚喾N方法表示，借以找出粒 度成分變化的規(guī)律性。常用的表示方法有列表法、累計曲線法和三角坐標(biāo)圖法。1）列表法：將粒度分析的成果，用表格的形式表達(dá)。這種方法可以清楚地用數(shù)量說明 土樣各粒組的含量，但當(dāng)土樣數(shù)量較多時，不能獲得較為直觀的結(jié)果。2）累計曲線法：以粒徑 d為橫座標(biāo)，以該粒徑的累計百分含量為

3、縱座標(biāo)，繪制顆粒級 配的累計曲線。累計曲線的座標(biāo)系一般采用半對數(shù)座標(biāo)。因?yàn)橥亮Ａ酱笮∠嗖畛Ｔ诎俦丁?千倍以上，為清楚地反映細(xì)粒組成，粒徑 d宜用對數(shù)座標(biāo)表示。3）三角坐標(biāo)法：用于表示土只劃分為三個粒組的情況。三角坐標(biāo)法利用等邊三角形內(nèi)任意一點(diǎn)至三條邊的垂直距離（h1、h2、h3）的總和恒等于三角形之高H的原理，H100等分，則h1、h2、h3分別表示組成土的三個粒組的質(zhì)量百分 數(shù)，即等邊三角形內(nèi)的一點(diǎn)可以表示某一土粒度成分。土的粒度成分的上述三種表示方法各有其特點(diǎn)和適用條件。在工程上可根據(jù)使用要求選用合適的表示方法，也可在不同的場合選用不同的方法。表格法能較明確地用數(shù)量說明土樣的各粒組含量，

4、是最基本和最直接的表示方法，對用粒度成分進(jìn)行土的分類是十分方便的， 但對于大量土樣之間的比較就顯得過于冗長， 且不夠 直觀。曲線圖法用一條曲線表示一種土的粒度成分，可在同一張圖上表示多個土樣，能直觀地觀察和比較其級配狀況，并可確定土的級配指標(biāo)，對土的級配狀況進(jìn)行定量評價。三角坐標(biāo)法能用一點(diǎn)表示一個土樣的粒度成分，在一張圖上能同時表示許多土樣的粒度成分，便于進(jìn)行土料的級配設(shè)計。 三角坐標(biāo)圖中不同的區(qū)域表示土的不同組成，因而還可用來確定按粒度成分分類的土名。但三角坐標(biāo)法適用于土只由三個粒組組成的情況。09013顆粒分析方法顆粒分析試驗(yàn)是為了研究土中不同顆粒含量對其性質(zhì)的影響，通過顆粒分析以確定土的

5、級配，并借以確定土的種類及評價土的工程性質(zhì)。 一般用篩分法、密度計法和移液管法測定。 對于粗粒土可以采用篩分法，而對于細(xì)粒土（粒徑小于0.075 mm）則必須用沉降分析法測定其粒度成分。篩分法是篩分法是利用一套孔徑不同的標(biāo)準(zhǔn)篩，來分離一定量的砂性土中與篩孔相應(yīng) 的粒組，而后稱重，計算各粒組的重量百分比，確定砂性土的粒度成份。對于無凝聚性的土 樣，可采用于篩法；對于含有部分粘土的礫類土，必須用水篩法，以保證顆粒充分分散。沉降分析法是根據(jù)土粒在懸液中沉降的速度與粒徑的平方成正比的司篤克斯公式來確 定各粒組相對含量的方法。當(dāng)大于0.074mm的顆粒超過試樣總質(zhì)量的 15%時，應(yīng)先進(jìn)行篩分試驗(yàn)，然后經(jīng)

6、過洗篩，再用沉降分析法（比重計法或移液管法）進(jìn)行試驗(yàn)。比重計法是將 定量的土樣與水混合傾注量筒中，使懸液體積達(dá)到1000mm ,懸液經(jīng)過攪拌大小顆粒均勻地分布于水中，因此懸液的濃度上下一致。而顆粒相同的土粒依照司篤克定律將以等速下降， 經(jīng)過一定時間后量得某一深度懸液的比重與原來的懸液的比重相比較，即可求出小于某孔徑的百分?jǐn)?shù)。0902篩分法09021試驗(yàn)儀器0.1g)1分析篩：見圖1）粗篩，孔徑為 60,40,20,10,5,2mm 。2）細(xì)篩，孔徑為 2.0,1.0,0.5,0.25,0.075mm 。2天平：稱量5000g ,最小分度值 1g ;稱量1000g ,最小分度值 0.1g ;稱量

7、200g,最小分度值 0.01g。3振篩機(jī)；篩析過程中應(yīng)能上下震動。4其他：烘箱、研缽、瓷盤、毛刷等。09022操作步驟1用四分對角法取出代表性的試樣，稱取試樣質(zhì)量（準(zhǔn)確至?試樣數(shù)量超過 500g時，應(yīng)準(zhǔn)確至1g 。2將試樣過 2mm篩，稱篩上和篩下的試樣質(zhì)量。?當(dāng)篩下的試樣質(zhì)量小于試樣總質(zhì)量的10%時，不作細(xì)篩分析，篩上的試樣質(zhì)量小于試樣總質(zhì)量的10%時，不作粗篩分析。3取篩上的試樣倒入依次疊好的粗篩中，篩下的試樣倒人依次疊好的細(xì)篩中，進(jìn)行篩析。將細(xì)篩置于振篩機(jī)上震篩，振篩時間宜為1015min 。4由最大孔徑篩開始，按由上而下的順序?qū)⒏骱Y取下，在白紙上用手輕叩搖晃，至無土粒漏下為止。漏下的

8、土粒并入下一級篩中。稱各級篩上及底盤內(nèi)試樣的質(zhì)量，應(yīng)準(zhǔn)確至0.1g。4篩后各級篩上和篩底上試樣質(zhì)量的總和與篩前試樣總質(zhì)量的差值，不得大于試樣總質(zhì)量的1%。5將各級篩上及底盤內(nèi)試樣的質(zhì)量記入記錄表中。表4-3顆粒大小分析試驗(yàn)記錄(篩析法)孔徑(mm)留篩土質(zhì)量(g)累積留篩土質(zhì)量(g)小于該孔徑的土質(zhì)量(g)小于該孔徑的土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(%)20105210.50.250.075底盤總計d10= mm;d30= mm;d60= mm;2Cu = d60 / d10=； Cc=d30/d10 d60= ； 說明±的級配情況 09023數(shù)據(jù)處理1.計算各粒組的百分含量，準(zhǔn)確至小數(shù)后一位。(4.

9、1.1)式中 Xi-粒組百分含量，；mi一某粒組質(zhì)量，g;ms-試樣質(zhì)量，g2 .各篩盤及底盤上的土粒質(zhì)量之和與篩前所稱試樣的質(zhì)量之差不得大于1 %。否則應(yīng)重新試驗(yàn)。若兩者差值v 1%,可視試驗(yàn)過程中，誤差產(chǎn)生的原因，分配給某些粒組，最終各粒組百分含量之和應(yīng)等于 100%。若粒徑v 0.075mm的含量大于10%,則將這一部分用沉降法繼續(xù)分析。3 .分別計算留篩土質(zhì)量、累積留篩土質(zhì)量、小于某粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分比，以及大于某粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分比。4 .以小于某粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分比為縱坐標(biāo)，顆粒粒徑為橫坐標(biāo)，在單對 數(shù)坐標(biāo)上繪制顆粒大小分布曲線：二 W 占

10、 上帆宜加IMWSO而附山的加加場 X裊湍跑"才同皆專0903比重計法粒徑小于0.075mm的土粒適用沉降分析法，其中常用的是比重計法。其基本 原理是司篤克斯定律。1891年，英國物理學(xué)家G.司篤克斯提出了在液體懸液中球體下沉速率的表 達(dá)式，假定：1球體是表面光滑的剛性體，顆粒與液體之間滑滑動。2介質(zhì)液面是無限伸展的，靜止的。3顆粒沉降速度很慢。在上述假定條件下，球體的重力 減去液體對球體的浮力，就得到球體在液體中的下沉力，即12Fs 6 d2( s w)g(4.2.1)而液體產(chǎn)生的摩阻力為Fr-d2v2 w(4.2.2)4當(dāng)球體等速下沉?xí)r，F(xiàn)s Fr則有v/2g(4.2.3)其中d

11、顆粒粒徑，cmv粒徑為d的顆粒的沉降速度，cm/sg重力加速度，cm/s2p s沉降顆粒的比重，g/cm3p w液體白勺比重, g/cm3 液體白動力粘度，Pa.s將司篤克斯定律應(yīng)用于土懸液中土粒的沉降計算，上式可寫成d、1800 L K. L. ( s w)g tt其中，L某一時間t內(nèi)土粒沉降的距離，cmK 粒徑計算系數(shù)比重計法是根據(jù)司篤克斯定律和阿基米德定律設(shè)計的。比重計法是將一定量的土樣（粒徑 0.075mm放在量筒中，加水制成一定量的土懸液（例如1000 cm3）, 經(jīng)過攪拌，使土的大小顆粒在水中均勻分布，成為均勻濃度的土懸液。靜止懸液， 讓土粒沉降，在土粒下沉過程中，用比重計在懸液中

12、測讀出對應(yīng)于不同時間的不 同懸液密度，根據(jù)比重計讀數(shù)和土粒的下沉?xí)r間，計算出粒徑小于某一粒徑D（mm） 的顆粒占土樣總重的百分?jǐn)?shù)。根據(jù)上述公式，由比重計在t時刻的讀數(shù)即可查得比重計浮泡形心位置距懸 液表面的距離，即為顆粒的有效沉降距離L,用上述公式計算出粒徑d,而比重計讀數(shù)亦表示1000cm懸液中小于和等于d粒徑顆粒重，故可計算出小于和等于 粒徑d的重量百分比。09031儀器設(shè)備1密度計：1）甲種密度計，刻度-5° -50° ,最小分度值為0.5°。（此種常用）2）乙種密度計（20 C/20 C）,刻度為0.995-1.02 , 0最小分度值為0.0002。2量筒

13、：內(nèi)徑約60mm,容積1000mL高約420mm,刻度0-1000mL準(zhǔn)確至10mL3洗篩：孔徑0.075mm4洗篩漏斗：上口直徑大于洗篩直徑，下口直徑略小于量筒內(nèi)徑。5天平：稱量1000g，最小分度值0.1g;稱量200g,最小分度值0.01g。6攪拌器：輪徑50mmJL徑3mm桿長約450mm?螺旋葉。7煮沸設(shè)備：附冷凝管裝置。8溫度計：刻度0-50C,最小分度值0.5 C 09其他：秒表，錐形瓶（容積500mL研缽、木杵、電導(dǎo)率儀等。09032操作步驟（見視頻）1取代表性干土樣100300g,放入瓷缽體內(nèi)，用橡皮頭研棒研散，然后過0.5mm 篩，如土中含大于0.5mm的顆粒時，需求出占試

14、樣總重的百分?jǐn)?shù)，如數(shù)量多時 則要用篩進(jìn)行大于0.5mm的顆粒分析；2根據(jù)干土或估計土的含水量，秤取一定數(shù)量的試樣（秤量準(zhǔn)確至0.01g）;使試樣干重約為：粘土 20g,粉質(zhì)粘土 30g,粘質(zhì)粉土 40g作為分析之用。并另 取兩個以上土樣測定風(fēng)干含水量（試樣中易溶鹽含量0.5 %時須進(jìn)行洗鹽）；3在盛有試樣的三角燒瓶中，注入蒸儲水，使懸液體積約達(dá)200cm3,將瓶稍加搖 蕩后，放在煮沸設(shè)備上，用連接冷凝管下端的橡皮塞塞緊瓶口，進(jìn)行煮沸，沸 騰1小時后，冷卻至室溫。4取1000cm量筒一只，在量筒口放洗篩漏斗，將燒瓶內(nèi)土液倒入篩中，使過篩的土液進(jìn)入量筒，反復(fù)用蒸儲水沖洗，直至小于0.1mm顆粒全部

15、進(jìn)入量筒；5將留在洗篩上的砂粒洗入蒸發(fā)皿內(nèi)，傾去上部清水，烘干稱量，準(zhǔn)確至0.01g, 然后進(jìn)行篩分析，求出0.50.25mm和0.250.075mmfi粒土質(zhì)量。6注蒸儲水入量筒，加4%濃度的六偏磷酸鈉10mL使筒內(nèi)懸液達(dá)1000 mL;7另取量筒一只，盛蒸儲水1000cm3,將比重計放在其中，每逢需用比重計時， 在前1分鐘讀出并記錄比重計在蒸儲水中的讀數(shù)。每次用畢后，洗凈放回蒸儲水中。8用攪拌器在量筒內(nèi)沿整個懸液深度上下攪拌約1min,往返各約30次，使懸液均勻分布。9取出攪拌器，同時立即計時。測經(jīng) 1、2、5、15、30、60、120和1440min時 的比重計讀數(shù)和懸液溫度(準(zhǔn)確至 0

16、.5 °C)。每次讀數(shù)均應(yīng)在預(yù)定時間前10 20s將比重計小心放入懸液接近讀數(shù)的深度，而且不得貼近筒壁。放入或取出 密度計時，應(yīng)小心輕放，不得擾動懸液。?教學(xué)時可測至120min。10比重計讀數(shù)均以彎液面上緣為準(zhǔn)。 甲種比重計應(yīng)準(zhǔn)確至0.5,乙種比重計應(yīng)準(zhǔn) 確至0.002。每次讀完后立即取出比重計放入有蒸儲水的量筒中。09033數(shù)據(jù)處理按后述公式及方法對下表數(shù)據(jù)進(jìn)行計算:下 沉 時 間t(min)懸 液 溫 度T(C)比重計讀爹土粒 落距L(cm)粒徑 d (mm)小于杲 粒徑的 土質(zhì)量 百分?jǐn)?shù) (%)比重 計讀 數(shù)Rs溫 度 校 正 值 ml分散 劑 校正 值Cd彎液 面 校正 值

17、nRmRn ml CDRh= Rm XCs1251530601201440d10= mm;d30= mm;d60= mm;_2Cu=d60 / d10=； Cc= d30/d10 d60= ；說明±的級配情況 1. L值的求法L = L0 + L1V。2A(4.2.6)式中L 土粒有效沉降距離（crnj）;L0 浮泡中心至最底刻度的距離（cmj）;L1 最底刻度至讀數(shù)之間的距離（cmj）;V0 一比重計浮泡體積（cm3）;A 1000mLJt筒的橫斷面積（cm2）。1800 L ( s w)g t2.計算土粒直徑（d）(4.2.7)式中d 土粒直徑（mm；“一水的動力粘滯系數(shù)（g/c

18、m - s）； s 一 土粒密度（g/cm3）;3、w水的存度（g/cm ）;g 重力加速度（cm/s2）；L某一時間內(nèi)的土粒沉降距離（mm；t一沉降時間（s）對于某一種土而言，當(dāng)溫度一定時，s、w及 均為定值，故K=80°_ T（ s- w）g為一常數(shù)。3 .計算小于某粒徑土含量占土質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)： 甲種比重計：P 100 C s（ Rs mi n Cd）（4.2.8）gs乙種比重計：100VP =Cs（Rs Rw Cd） 20 c （4.2.9）gst，100V -或PCs( Rs 1) mi n Cd 200 c(4.2.10)gs式中P -小于某粒徑土含量占土質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)（）

19、V 一懸液體積（1000ml）;Cs、C's一分別表示乙種、甲種比重計比重校正系數(shù);Rs 一甲、乙種比重計懸液讀數(shù)；R 廣乙種比重計的清水（或蒸儲水）讀數(shù)；20°c 20c時的水的密度(g/cm3);ml、n、CDF分布代表溫度、彎液面和分散劑校正值。粒徑系數(shù)K=1800 值表 ( s w)g溫度(C)土粒密度(g/cm3)2.452.502.552.602.652.702.752.802.8550.13850.13600.13390.13180.12980.12790.12610.12430.122660.13650.13420.13200.12990.12800.1261

20、0.12430.12250.120870.13440.13210.13000.12800.12600.12410.12240.12060.118980.13240.13020.12810.12600.12410.12230.12050.11880.118290.13050.12830.12620.12420.12240.12050.11870.11710.1164100.12880.12670.12470.12270.12080.11890.11730.11560.1141110.12700.12490.12290.12090.11900.11730.11560.11400.1124120.1

21、2530.12620.12120.11930.11750.11570.11400.11240.1109130.12350.12140.11950.11750.11580.11410.11240.11090.1094140.12210.12000.11800.11620.11490.11270.11110.10950.1080150.12050.11840.11650.11480.11300.11130.10960.10810.1067160.11890.11690.11500.11320.11150.10980.10830.10670.1053170.11730.11540.11350.111

22、80.11000.10850.10690.10470.1039180.11590.11400.11210.11030.10860.10710.10550.10400.1026190.11450.11250.11080.10900.10730.10580.10310.10880.1014200.11300.11110.10930.10750.10590.10430.10290.10140.1000210.11180.10990.10810.10640.10430.10330.10180.10030.0990220.11030.10850.10670.10500.10350.10190.10040

23、.09900.09767230.10910.10720.10550.10380.10230.10070.099300.097930.09659240.10780.10610.10440.10280.10120.099700.098230.096000.09555250.10650.10470.10310.10140.099900.098390.097010.095660.09434260.10540.10350.10190.10030.098790.097310.095920.094550.09327270.10410.10240.10070.099150.097670.096230.0948

24、20.093490.09225280.10320.10140.099750.098180.096700.095290.093910.092570.09132290.10910.10020.098590.097060.095550.094130.092790.091440.09028300.10080.09910.097520.095970.094500.093000.091760.090500.089274 .比重計校正比重計的校正應(yīng)符合下列規(guī)定。比重計刻度校正與土粒沉降距離校正。土粒比重校正 比重計刻度應(yīng)以土粒比重2.65為準(zhǔn)，當(dāng)試樣的土粒比不等于2.65時，應(yīng)進(jìn)行土粒比重校正。校正值查表

25、4-6。 溫度校正，比重計是20攝氏度時刻制的，當(dāng)懸液溫度不等于20攝氏度時, 應(yīng)進(jìn)行校正，校正值查表4-7。分散劑校正 比重計刻度系以純水為準(zhǔn)，當(dāng)懸液中加入分散劑時，比重增大, 故須加以校正。注純水入量筒，然后加分散劑，使量筒溶液達(dá) 1000毫升。用攪拌在量筒 內(nèi)沿整個深度上下攪拌均勻，恒溫至 20攝氏度，然后將比重計放入溶液中， 測記比重計讀數(shù)。此時比重計讀數(shù)與 20攝氏度時純水中讀數(shù)之差，即為分散 劑校正值。土粒比重校正系數(shù)土粒比重(g/cm3)2.602.622.642.652.662.682.702.72校正值1.0121.0071.0021.0000.9980.9930.9890.

26、985土粒比重(g/cm3)2.742.762.782.802.822.842.862.88校正值0.9810.9770.9760.9690.9650.9610.9580.954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10.02.00.001220.0+0.0+0.000010.51.90.001220.5+0.1+0.000111.01.90.001221.0+0.3+0.000211.51.80.001121.5+0.5+0.000312.01.80.001122.0+0.6+0.000412.51.70

27、.001022.5+0.8+0.000513.01.60.001023.0+0.9+0.000613.51.50.000923.5+1.1+0.000714.01.40.000924.0+1.3+0.000814.51.30.000824.5+1.5+0.000915.01.20.000825.0+1.7+0.001015.51.10.000725.5+1.9+0.001116.01.00.000626.0+2.1+0.001316.50.90.000626.5+2.3+0.001417.00.80.000527.0+2.5+0.001517.50.70.000427.5+2.6+0.0016

28、18.0-0.50.000328.0+2.9+0.001818.50.40.000328.5+3.1+0.001919.00.30.000229.0+3.3+0.002119.50.10.000129.5+3.5+0.002230.0+3.7+0.00235 .以小于某粒徑d (mm 土粒百分含量為縱坐標(biāo)，顆粒直徑的對數(shù)值為橫坐標(biāo), 繪制顆粒大小級配曲線。當(dāng)密度計法和篩析法聯(lián)合分析時，應(yīng)將試樣總質(zhì)量折算后繪制顆粒大小分布 曲線；并應(yīng)將兩段曲線連成一條平滑的曲線。上粒二板Xrmj0904工程應(yīng)用1 .粒徑級配累積曲線的應(yīng)用土的粒徑級配累積曲線是土工上最常用的曲線，從這曲線上可以直接了解土的粗細(xì)、粒徑分布的均勻程度和級配的優(yōu)劣。土的平均粒徑（d50）:系指土中大于此粒徑和小于此粒徑的土的含量均占50%土的有效粒徑（d10）:小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計百分?jǐn)?shù)為10%時，相應(yīng)的粒徑稱為有效粒徑（d10）。d30:小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計百分?jǐn)?shù)為30%時的粒徑用d30表示。土的控制粒徑（d60）或稱限定粒徑（d60）:當(dāng)