王 波

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 概述

自然界的土由大小不同的顆粒組成，土粒徑的粗細變化及各粒徑組成的比例不同，導致土的性質(zhì)隨之發(fā)生相應改變。根據(jù)土的粒組組成及其所占比例的大小，可以對土進行分類，并初步了解土的某些水文工程地質(zhì)情況。在工程中，一般將土分為兩大類，一類是粗粒土，即粒徑大于0.075 mm的土；另一類是細粒土，即粒徑小于0.075 mm的土。

土壤顆粒分析試驗是土工試驗的重要部分，是用來測定干土中各粒組含量占該土總質(zhì)量的百分數(shù)。土的顆粒大小、級配、粒組在干土中所占比例是土的工程分類的重要依據(jù)。土粒粒徑的大小與土的礦物組成、力學性質(zhì)、形成環(huán)境等有直接聯(lián)系，因此，在試驗過程中，顆粒分析試驗需采用不同的試驗方法來測定土的粒徑大小及組成。根據(jù)土的顆粒大小及級配情況，顆粒分析試驗方法在室內(nèi)實際操作過程中主要采用以下3種：粒徑在0.075～60 mm的土，采用篩析法；粒徑小于0.075 mm的土，用密度計法（甲種比重計法）、移液管法或虹吸比重瓶法；若土中包含中粗細顆粒，且篩分后底盤中土的質(zhì)量超過總質(zhì)量的10%以上，并有超過30 g以上的，采用篩分法與比重計法相結合的方法測定。下文參照相關試驗標準及規(guī)程，結合實際操作，對土的顆粒分析試驗過程中應注意的事項及對結果的影響因素進行分析探討。

2 篩析法

2.1 儀器設備

分析篩：粗篩孔徑為60 mm，40 mm，20 mm，10 mm，5 mm，2 mm；細篩孔徑為 2 mm，0.5 mm，0.25 mm，0.1 mm，0.075 mm。

天平：感量 0.01 g，稱量 200 g；感量 0.1 g，稱量1000 g；感量 1 g，稱量 5000 g。

其他：烘箱、干燥器、砂浴、量筒、漏斗、木碾、橡皮板、研缽（帶有橡皮頭研杵）、瓷盤、毛刷及振篩機等。

2.2 試驗過程及分析

依據(jù)試驗方法標準及規(guī)程中的具體步驟進行試驗，操作相對簡單，但在試驗過程中，諸多因素會造成試驗結果的不準確。理論上講，用篩析法測得的留篩土重被視為實際留篩土重，而在室內(nèi)試驗的實際操作中，留篩土重會受到多方面因素的影響，使得測試結果存在誤差。首先，試驗試樣選取的影響。試驗時所取試樣必須具有代表性，且必須按試驗標準中規(guī)定的取樣數(shù)量取夠試樣的總質(zhì)量，否則，所測得的結果將可能造成土的定名分類與實際不符。其次，由于篩子的選用不同（主要指篩孔形狀）而造成篩分結果存在差異。標準中規(guī)定用圓孔篩，則必須選用圓孔篩，且須經(jīng)計量部門檢定合格后方可投入使用。另外，在篩分過程中，當土顆粒處于篩孔上并受到振動時，有的土顆粒可通過篩孔而有的卻被堵在篩孔中，被堵在篩孔中的土顆粒質(zhì)量不能忽略不計，每次留篩稱重時，應用毛刷將其從篩底反向刷下后一并稱量，以減小誤差，同時避免由于篩孔堵塞而影響后續(xù)樣品的測試結果。細篩分析時，須用帶橡皮頭的研杵進行研磨，否則會使土顆粒破碎而造成所測各粒組含量的比例發(fā)生改變。再者，不同的操作者、不同的篩分時間等因素也會對試驗結果造成誤差。

3 密度計法

3.1 儀器設備

密度計：TM-85型甲種密度計，刻度-5～50，最小分度值0.5，刻度單位以20℃時1000 mL懸液內(nèi)所含土質(zhì)量的克數(shù)表示。

量筒：容積 1000 mL，內(nèi)徑 60 mm，高度 350±10 mm，刻度 0～1000 mL。

三角瓶：容積500 mL。

其他：天平（感量0.01 g，稱量200 g），煮沸設備，溫度計（刻度 0～50℃，最小分度值0.5℃），洗篩（孔徑0.075 mm），秒表，蒸餾水等。

3.2 試驗過程及分析

3.2.1 取樣質(zhì)量影響

試樣為風干或烘干試樣，按規(guī)范要求，若用風干試樣應測其風干土含水率，換算成干土質(zhì)量，確定試驗時所需的試樣質(zhì)量。如果用風干土直接稱取30 g進行試驗，由于沒有計入風干土的含水率，會使測試結果偏離正常值。即使按規(guī)范要求測試土的含水率，由于操作過程中步驟增多，會使測試結果與正常值存在偏差。因此，最好取烘干試樣進行試驗，使所測得的結果偏差達到最小。

3.2.2 操作過程影響

試驗過程中，須將三角瓶中煮沸過的試樣懸液倒入量筒中，用密度計測讀度數(shù)。將懸液轉(zhuǎn)移到量筒時，須嚴格按規(guī)范要求，懸液必須通過0.075 mm的洗篩后經(jīng)漏斗注入量筒內(nèi)，測記完懸液密度計度數(shù)后，再將懸液過0.075 mm的洗篩。土懸液中，不同粒徑的土顆粒與水的比重、溫度之間存在線性關系，即土顆粒在水中沉降的時間可以表示其不同的粒徑和質(zhì)量，也即懸液的溫度與土的粒徑比重相關，懸液中某一時間不同粒徑土顆粒的沉降距離不同。TM-85型密度計的刻度即依據(jù)此原理而定，根據(jù)密度計所測得度數(shù)，即可算出土試樣中土顆粒的不同粒徑及所占比例。因此，如果直接將懸液倒入量筒后進行試驗，由于懸液中含有大于0.075 mm的砂粒，這部分土在懸液中的沉降時間較快，而在沉降過程中砂粒周圍勢必會黏帶少部分的粉粒和黏粒下沉，會造成在同一時間點所測得密度計的度數(shù)偏小，從而影響土中粉粒和黏粒的測試結果。

3.2.3 TM-85型甲種密度計影響

目前試驗室使用的絕大部分是南京土壤儀器廠生產(chǎn)的TM-85型密度計，產(chǎn)品說明書中雖然稱無需使用單位作刻度、沉降距離和彎液面校正，但為了避免使用時出現(xiàn)問題，使用單位在使用前宜按密度計校正方法對密度計刻度選取零及數(shù)個刻度進行檢查，確定符合要求時投入使用。否則，此因素會對測試結果造成較大偏差。

3.2.4 溫度影響

密度計的刻制溫度是20℃，顆粒分析試驗中土粒下沉的標準溫度也是20℃。因此，溫度變化對密度計的刻度影響較小，但對懸液中土顆粒的下沉速度影響較大，溫度的變化將引起懸液體積的不均勻膨脹，從而懸液產(chǎn)生對流現(xiàn)象。流會影響土顆粒的勻速下沉，因此，在試驗時應將懸液冷卻至室溫后再進行試驗，且在試驗過程中室內(nèi)溫度不會發(fā)生較大的變化，使懸液的溫度處于一個相對的穩(wěn)定范圍（約±2℃左右）。每次測讀密度計度數(shù)后，馬上測記對應的懸液溫度，計算時將溫度校正值計入，絕不能整個試驗過程中只量測一個溫度。

3.2.5 分散劑影響

規(guī)范中規(guī)定使用六偏磷酸鈉作分散劑，一般加入量為4%的六偏磷酸鈉溶液10 mL。因密度計的刻度以存水為標準，懸液中加入分散劑后相對密度增大，因此須進行校正，排除其他影響，分散劑為六偏磷酸鈉的校正系數(shù)參考值一般為-0.5，在計算時應將其考慮在內(nèi)。

3.2.6 特殊土影響

特殊土是指易溶鹽含量超過0.5%的土和含有機質(zhì)較多的土。易溶鹽的存在，會使測試結果中的黏粒含量減低，其含鹽量對黏粒含量影響較大，因此懸液倒入量筒并加入分散劑攪拌后，一般宜靜置過夜再進行測定，以便觀察懸液有無絮凝現(xiàn)象，若有應進行洗鹽處理。對含有機質(zhì)較多的土，懸液在攪拌后，液面會產(chǎn)生大量泡沫而影響讀數(shù)，此時可加過氧化氫溶液（100 mL）或硅酸鈉溶液（10 mL）消除泡沫，同時在試驗記錄中加以注明。

3.2.7 其他因素

除上述因素影響外，量筒的高度、攪拌器的形狀及攪拌的頻率、土的比重、測試人員讀數(shù)誤差等也會對試驗結果產(chǎn)生影響。

4 聯(lián)合測定分析法

使用聯(lián)合測定分析法主要是針對兩類土：一是粗粒土用篩析法分析時，粒徑小于0.075 mm的土超過總質(zhì)量的10%以上；二是細粒土中粒徑大于2 mm的土超過總質(zhì)量的10%以上。使用設備包含上述兩種方法的設備，影響因素如前所述各方法的影響因素，采用下述公式計算小于某粒徑試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分數(shù)：

式中：х——小于某粒徑試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分數(shù)，%；

mA——小于某粒徑試樣質(zhì)量，g；

mB——篩分時試樣總質(zhì)量，g；

dx——小于2 mm的試樣占試樣總質(zhì)量的百分數(shù)，%。

計算結果精確至0.1。

5 結語

土的顆粒分析試驗是土工試驗中的重要項目之一，主要測量土的級配情況，并可根據(jù)不同的級配對土壤進行定性說明。同時其試驗結果可對土樣的物理性質(zhì)和力學性質(zhì)研究提供幫助。但影響顆粒分析試驗的因素較多，試驗人員應嚴格按照相關規(guī)范要求進行操作，使用檢驗合格的儀器設備，確保實驗結果準確可靠。