土颗粒分析试验的研究

由于不同土颗粒大小粒径不同、形状各异，从而组成一个土的集合体，为了能够深入探究土颗粒的组成，将工程性质相似的颗粒归纳为一类，构成粒组，按照颗粒大小成分组成不同粒组过程，这样即可为后续开展试验奠定基础。通常情况下，土颗粒实验可以得出一条颗粒级配曲线，曲线作为单对数坐标曲线，并采用小于颗粒粒径试样质量占据总质量的百分比。 1 构建数学模型 土颗粒的大小分布曲线图是一种单对数坐标曲线，主要是通过小于试样粒径的土体试样占总质量的百分比作为纵坐标，颗粒粒径大小作为横坐标，从而形成一个二维曲线图。横坐标的单位是刻度，并且对应值是逆序，也就是大→小的走势（见图1）。 图1 土颗粒大小分布曲线 2 土颗粒分析试验的方法及研究 2.1 筛析法 2.1.1 试验目的 该方法主要是测定干土中各种粒组所占该土总质量的百分数，从而掌握颗粒大小分布情况，供土的分类及概略判断土的工程性质及选料之用，是《土工试验规程》（SL237-1999）中非常重要的一项。 2.1.2 基本原理 筛析法是通过一套孔径不同标准的筛子，将一定量的颗粒（大粒径）从土中筛选出来，之后进行称量，计算各个颗粒直径土体的相对含量大小，从而确定试验样品中的土颗粒成分。该方法通常应用在＞0.075mm的粒组当中。 2.1.3 仪器设备 试验筛：粗筛（圆孔），孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm；细筛，孔径为 2.0mm、1.0mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.075 mm；天平：称量 1 000 g、分度值 0.1 g；称量200 g、分度值 0.01 g；台秤：称量 5 kg、分度值 1 g；振筛机；烘箱、磁钵、橡皮头研棒、毛刷、尺子等。 2.1.4 操作步骤 制备试样：将土样摊成薄层，并在空气当中放置1～2 d，让土中的水分充分蒸发。如果土的内部水分较少，则可以直接进行下一个环节。如果土样当中存在结块，可以将土样导入到磁钵当中，并采用橡皮头研棒研磨，让结块成为单独颗粒即可。在此过程中需要注意：研磨的力度要控制好，不可将颗粒磨碎，否则会影响试验精度。在选择土样过程中，需要取代表性试样，数量为最大的颗粒粒径不超过2mm，并取出100～300 g；最大粒径在2～10mm，取样300～1 000 g；最大粒径在10～20mm，取试样1 000～2 000 g；最大粒径在20～40mm，取试样2 000～4 000 g；最大粒径在40mm以上，取试样在4 000 g以上。取代表性试样主要采用四分法，要将土样搅拌均匀，并堆成圆锥形，将土样划分为4个等份，选走其中的2份，将留下的2份土样搅拌均匀，不断重复上述的步骤，直到所剩下的土样与所需量相同为止。 过筛与称量：将风干、松散的土样以四分法按规定取出的代表性试样分别进行粗、细筛分，检查试验筛叠放顺序是否正确，细筛宜放在振筛机上震摇，时间为10～15min。筛分结束后从最大孔径筛开始，按顺序取下各筛，在白纸上用手轻扣筛盘，慢慢的摇晃，直到筛子净了为止。将漏在白纸上的土粒倒入下层筛盘当中，依此类推，直到最小粒径的筛盘筛净为止。称量在白纸上的土粒质量，精准度要控制在0.1 g以下。具体分布如图2所示。 图2 颗粒大小分布曲线 2.1.5 试验效果 通过不同粒径试样占据总质量的百分比、粒径试样质量；取样总质量等，要求筛盘中的土粒质量与筛选前所称试样质量之差要控制在1%以内，否则要重新开展试验。如果差值小于1%，也要分析产生误差的原因，并分配给部分粒组，最终各粒组百分含量相加等于100%，将实验数据填写到记录表当中。 如果试验的0.075mm粒径含量大于50%，则表明试样土不是砂土，而是细粒土，可以将这部分用密度计法进行深度分析（见2.2）。在白纸上绘制颗粒大小分布曲线图，算出不均匀系数和曲率系数，得出试样土的均一性，标注该试样土的名称，并填写试验报告。 2.1.6 注意事项 采用筛析法过程中，特别是将试样从一个器皿导入第二器皿时，需要避免产生微小颗粒飞扬，影响最终的测试标准性；过筛过程中，要重点检查筛孔处是否留有颗粒，如果存在颗粒，采用刷子将颗粒轻轻刷下，并放入筛盘当中，一起进行称量。 2.2 密度计法 2.2.1 试验目的 密度计法主要是用于测定≤0.075 mm土中某粒径颗粒占据总质量的百分数，从而掌握土体的组成情况，供土的分类及概略判断土的工程性质及选料之用。 2.2.2 基本原理 密度计法是结合斯托克斯定律进行检测的，土颗粒在液体中出现下沉时，由于较大的颗粒质量高，所以下沉较快；反之，小颗粒的下沉相对较慢。通常情况下，对于粒径在0.002～0.2mm的颗粒，如果体液中产生自重下沉情况时，作等速运动，这也符合斯托克斯定律。密度计法是静水沉降分析法的一个分支，通常只适用于粒径小于0.

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