何巧靈　吳明雷

摘要：以《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)，對土樣進行了室內(nèi)試驗。根據(jù)大量室內(nèi)實測資料，系統(tǒng)地分析了顆粒分析密度計試驗準(zhǔn)確性的影響因素，結(jié)果表明其影響因素主要包括試樣的煮沸時間，分散劑的加入情況，以及其它一些人為因素等等；同時為了使得試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確，實驗操作需要要嚴(yán)格按照規(guī)范進行操作，得出在洗篩之前加入分散劑，才能充分發(fā)揮分散劑的分散作用。

關(guān)鍵詞：密度計試驗；顆粒分析試驗；試驗結(jié)果；影響因素；減小誤差

引言

土的顆粒分析試驗是土工試驗中一項重要的內(nèi)容，可用于土的分類和建筑材料的選用。為了了解土顆粒的組成情況，以及繪制出顆粒大小分布曲線，需要測定在該土中各粒組干土質(zhì)量所占的百分比。曹曉娟（2014）重點從顆分試驗的內(nèi)容和操作要點出發(fā)，分析試驗中產(chǎn)生誤差的可能原因和造成的后果，在試驗中找到相應(yīng)的應(yīng)對措施，盡可能的避免誤差的產(chǎn)生，在采用了對應(yīng)的應(yīng)對措施之后，使試驗結(jié)果與實際天然狀態(tài)更接近[1]。王卉（2011）在顆粒分析試驗中分析了系統(tǒng)誤差和隨機誤差產(chǎn)生的原因，得出了一系列結(jié)果，包括在不同實驗室中，利用同一土樣得出的試驗結(jié)果存在隨機差異；使用不同的分散劑得出的試驗結(jié)果有所不同（屬于系統(tǒng)誤差），以及真實狀態(tài)的土性與室內(nèi)顆粒分析試驗所得試驗結(jié)果存在著一定誤差，并建議找出這些誤差產(chǎn)生的原因，以及以相應(yīng)的措施來減少誤差，獲得誤差更小的試驗結(jié)果。最后對顆粒分析試驗密度計法，建議用六偏磷酸鈉作分散劑更為合適[2]。高慧君（2014）指出土粒比重試驗方法直接影響土的比重指標(biāo)值，決定工程的土類評價。結(jié)合工作經(jīng)驗和對天津地區(qū)土進行的土粒比重對比試驗，全面分析了影響土粒比重試驗的諸多影響因素，結(jié)合實際提出了改進意見，總結(jié)出一套快速有效、準(zhǔn)確率高的試驗方法[3]。崔海弘（2014）從工程質(zhì)量和安全的角度出發(fā)，認(rèn)真分析試驗的各個基本步驟，并指出研究人員應(yīng)該發(fā)揮主動能動性，不斷地改進和完善土粒比重試驗方法，以減少試驗誤差給人們帶來的損失 [4]。對于密度計法顆粒分析試驗，易南概（2007）通過對兩種試驗操作方法（《規(guī)程》和《土工試驗標(biāo)準(zhǔn)》中的試驗操作方法與改進的試驗操作方法）的對比分析，總結(jié)出一種更加準(zhǔn)確、有效的試驗方法，為其它土工試驗室人員提供了參考[5]。

本文進行了大量的室內(nèi)顆粒分析密度計試驗，在試驗結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，對密度計試驗可能產(chǎn)生的誤差進行了理論分析，提出了縮小該誤差的方法，并從理論上論證了該方法的可行性。

1 密度計試驗原理

密度計法，取一定量粒徑小于0.075mm的土樣，煮沸一定的時間，經(jīng)過孔徑0.075 mm的洗篩漏斗，全部洗入量筒中，加純水至1000ml，然后，通過攪拌形成濃度均勻的懸液。靜止懸液中，土顆粒由于自身的重量，開始下沉，粒徑越大的土顆粒下沉速度越快。同時，根據(jù)不同時刻的懸液密度（密度計的讀數(shù)）和土顆粒的下沉?xí)r間，計算出試樣總質(zhì)量中小于某一粒徑的顆粒質(zhì)量所占的百分?jǐn)?shù)。

2 密度計試驗

2.1密度計試驗步驟

本次試驗需要三份土樣作為樣品，試樣編號為A（煮沸20分鐘）、B（洗篩之前加入分散劑）和C（根據(jù)規(guī)范所制備的試樣）。

1.采用風(fēng)干土樣，進行碾散。

2.取碾散的土樣300-400g，利用孔徑2mm的漏斗篩，使得粒徑小于2mm的土顆粒過篩，將篩上粒徑大于2mm的土樣反復(fù)碾散，直到留在漏斗篩的土顆粒的粒徑大于2mm時為止；

3.將（粒徑）小于2mm土樣拌勻，取三份30g土樣作為樣品；

4.將三份樣品分別放入已編號的三角燒杯中，加入蒸餾水，浸泡24小時；

5.將浸泡后的土樣進行煮沸，從煮沸開始計時，A號試樣煮沸20分鐘，B和C號土樣加熱45分鐘。

6.等樣品冷卻后，通過孔徑0.075mm的洗篩漏斗，全部洗入量筒中，加入4%的六偏磷酸鈉，然后加蒸餾水至1000ml，如圖1。

7.用攪拌器進行攪拌，每兩秒攪拌一次，大約30次，使量筒內(nèi)的土顆粒均勻分布；

8.從停止攪拌時刻開始，開動秒表，測60、300、1800、3600、7200、10800秒時密度計讀數(shù)。

本試驗采用的是TM85型土壤密度計（圖2），對應(yīng)的讀數(shù)是懸液在20℃時每1000 ml所含土質(zhì)量的刻度來表示的，刻度區(qū)間為-5～50，最小分度0.5。密度計讀數(shù)時要嚴(yán)格按照規(guī)定來進行，當(dāng)密度計放入量筒中時，密度計浮泡不得碰到或靠近量筒壁，讀數(shù)以彎液面的頂面為準(zhǔn)，如圖3。

3密度計試驗結(jié)果分析

密度計是根據(jù)20℃的懸液情況而設(shè)制的，本試驗進行時的懸液溫度是27℃，溫度會影響密度計浮泡的情況和懸液的密度，導(dǎo)致密度計的讀數(shù)出現(xiàn)誤差，所以溫度要進行校正。查表得到溫度校正值（27℃）為2.5，土粒比重校正系數(shù)（2.69）為 0.989，TM85型土壤密度計沉降距離校正系數(shù)（a，b）值由廠家給出（a=21.07，b=0.284）得

小于某粒徑的土樣百分?jǐn)?shù)X =100/試樣干土質(zhì)量×土粒比重校正系數(shù)×比重計校

根據(jù)土粒直徑和小于某粒徑的土樣百分?jǐn)?shù)繪制出顆粒大小分布試驗數(shù)據(jù)曲線。

利用巖土工程工勘察繪圖軟件， 將測得的原始數(shù)據(jù)輸入計算機程序中， 就得到顆粒大小分布的光滑曲線和所要求的試驗數(shù)據(jù)，如圖4，生成的數(shù)據(jù)曲線不需要再修改。

4 密度計試驗誤差分析及措施

根據(jù)圖4中的試驗結(jié)果計算出各粒組的顆粒含量百分?jǐn)?shù)（表1和表2）。

4.1 根據(jù)煮沸時間不同的試驗結(jié)果分析

表1中，在樣品制備過程中，A號煮沸時間為20分鐘，C號煮沸時間為45分鐘（根據(jù)規(guī)范規(guī)定），試驗使用同一土樣，在洗篩后加入偏磷酸鈉分散劑而制備的，然后利用TM85型密度計進行試驗。由上述試驗數(shù)據(jù)分析得出，在具有相同條件的情況下，A號砂粒含量多于C號，C號的粘粒含量多于A號，是因為A號煮沸時間短，一部分顆粒結(jié)塊未煮散。在規(guī)范規(guī)定的時間范圍內(nèi)，隨著煮沸時間的加長，得到的粘粒含量越高，而這種粘粒含量的增加是有限度的，如果煮沸時間無限超過規(guī)范規(guī)定的時間，會使得土的團粒結(jié)構(gòu)遭到破壞。

4.2根據(jù)分散劑加入情況的試驗結(jié)果分析

表2 中，在土樣制備過程中，B號是洗篩之前加入分散劑，C號是洗篩之后加入分散劑，試樣使用同一土樣，煮沸一定時間（45分鐘）而制備的，同樣使用TM85型密度計進行試驗。由試驗結(jié)果的分析得到，在具備相同條件的情況下，B號的砂粒含量少于C號，B號的粘粒含量多于C號，是因為分散劑在洗篩之前加入，會在洗篩、碾磨過程中起作用，分散劑作用時間更長，使偏磷酸鈉充分起到分散作用。

5 結(jié) 論

土樣的密度計法試驗分析會受到很多因素的影響，包括：a.試樣制備過程中，要稱取多余30g的土樣，因為煮沸過程中，濺出一些土顆粒，以及在洗篩時，可能會粘在燒杯壁上一些土顆粒；b.煮沸時間的影響，要根據(jù)規(guī)范的規(guī)定進行，避免煮沸時間過短或過長；c.本實驗得出結(jié)論，在洗篩之前加入，使分散劑的分散作用更充分；d.密度計的選取，使用不同的密度計可能影響到測得的數(shù)據(jù)，由于受到條件的限制，此試驗以后進行研究；e.不同的試驗人員自身的經(jīng)驗以及操作技巧會影響到試驗結(jié)果；f.懸液在攪拌過程中，由于顆粒的攪拌不均勻，影響到密度計讀數(shù)。試驗誤差的存在，會影響到試驗結(jié)果，實驗員上崗前要組織培訓(xùn)，按照土工試驗標(biāo)準(zhǔn)進行操作，來縮小這些誤差，得到更加準(zhǔn)確的試驗結(jié)果。