談讀數(shù)頻次對(duì)顆粒分析試驗(yàn)的影響

孟凡會(huì)

（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014）

顆粒分析試驗(yàn)是測(cè)定土中各粒組顆粒質(zhì)量所占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，確定粒徑分布范圍的試驗(yàn)。根據(jù)顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果，可以了解土的顆粒級(jí)配和成份，對(duì)土進(jìn)行工程分類，并判別土的工程性質(zhì)。

1 顆粒分析試驗(yàn)方法

根據(jù)土的顆粒大小，顆粒分析試驗(yàn)有3種基本方法，篩析法、密度計(jì)法、移液管法。若土中粗細(xì)兼有，可以聯(lián)合使用篩析法及密度計(jì)法或移液管法。采用密度計(jì)法進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)SL237-1999《土工試驗(yàn)規(guī)程》要求：經(jīng)測(cè) 1min、5min、30min、120min、1440min 時(shí)的密度計(jì)讀數(shù)，根據(jù)試樣情況或?qū)嶋H需要，可增加密度計(jì)讀數(shù)或縮短最后一次讀數(shù)的時(shí)間。

2 工程介紹及比對(duì)試驗(yàn)

本文采用山東省魯北地區(qū)的一批試樣進(jìn)行密度計(jì)法顆粒分析試驗(yàn)，增加0.5min時(shí)的密度計(jì)讀數(shù)，與未增加0.5min時(shí)的顆粒分析試驗(yàn)讀數(shù)對(duì)比，結(jié)果顯示增加了0.5min讀數(shù)，粉粒含量和沙粒含量均有所變化，顆粒級(jí)配曲線更加精準(zhǔn)。

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

選用本工程3個(gè)鉆孔的原狀土樣共10組，取土深度從1.5～19.2m。根據(jù)規(guī)范操作步驟，對(duì)所抽取的10組土樣進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)。試驗(yàn)采用乙種 TM-85 土壤密度計(jì)，a=19.40，b=636.235，采用配置的標(biāo)準(zhǔn)量筒，分散劑校正系數(shù)0.0005，每個(gè)讀數(shù)點(diǎn)均即時(shí)量測(cè)試驗(yàn)溫度。

乙種密度計(jì)法的小于某種粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的計(jì)算公式為：

X=100VC′s[（R′-1）+m′t+n′-C′D]ρω20/md

式中：V為懸液體積；C′s為土粒比重校正值；n′為彎液面校正值，m′t為溫度校正值；C′D為分散劑校正值；R′為乙種密度計(jì)讀數(shù)。

粒直徑計(jì)算公式為：ρω20為20℃時(shí)水的密度，g′cm3；md為試樣干土質(zhì)量，g。

式中：d 為顆粒直徑，mm；ρω0為 4℃時(shí)水的密度，g′cm3；η 為水的動(dòng)力粘滯系數(shù)（10-6）kPa·s；Gs為土粒比重；GωT為溫度為T℃時(shí)的水的比重；L為某一時(shí)間t內(nèi)的土粒沉降距離，cm；g為重力加速度 981cm/s2；t為沉降時(shí)間，s。

每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的讀數(shù)都對(duì)應(yīng)著小于某種粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分比，多個(gè)點(diǎn)的讀數(shù)連成曲線才能繪制出小于某粒徑的土粒含量——土粒粒徑單對(duì)數(shù)曲線，且曲線上的點(diǎn)越多，其準(zhǔn)確度越高。根據(jù)斯托克斯定律，大顆粒土粒下沉速度快，小顆粒土粒下沉速度慢，因此本文選擇增加前期讀數(shù)頻次，前期的讀數(shù)關(guān)系土中較大顆粒的含量，即關(guān)系到砂粒和粉粒含量。

2.2 比對(duì)試驗(yàn)

試驗(yàn)方法一：按照規(guī)范要求操作，讀數(shù)時(shí)間點(diǎn)為 1min、5min、30min、120min、1440min 試驗(yàn)。方法二：在規(guī)范要求操作的基礎(chǔ)上，增加試驗(yàn)讀數(shù)頻次，將讀數(shù)時(shí)間點(diǎn)調(diào)整為0.5min、1min、5min、30min、120min、1440min。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

由兩種方法繪制的10組土的顆粒級(jí)配曲線如圖1所示：

圖110 組土的顆粒級(jí)配曲線

由圖1知：增加了0.5min的讀數(shù)后，本次比對(duì)試驗(yàn)選用的10組土的定名沒(méi)有改變，小于0.005mm組的黏粒含量沒(méi)有變化，除此之外，粉粒和砂粒的粒組含量均發(fā)生了變化。其中：1號(hào)土、2號(hào)土、5號(hào)土的變化趨勢(shì)為砂粒含量降低，粉粒含量增加，黏粒含量不變。3號(hào)土、4號(hào)土、6號(hào)土、7號(hào)土、8號(hào)土、9號(hào)土、10號(hào)土的砂粒含量增加，粉粒含量降低，黏粒含量不變。

兩種試驗(yàn)方法得到的同種土的顆粒級(jí)配曲線的基本走勢(shì)是相同的，但增加了0.5min讀數(shù)的顆粒級(jí)配曲線更精準(zhǔn)，更平滑，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的判定更準(zhǔn)確。

3 結(jié)語(yǔ)

《土工試驗(yàn)規(guī)程》SL237-1999中對(duì)于顆粒分析試驗(yàn)經(jīng)測(cè)密度計(jì)讀數(shù)的時(shí)間點(diǎn)的要求是比較靈活的，根據(jù)試樣情況或?qū)嶋H需要，可增加密度計(jì)讀數(shù)或縮短最后一次讀數(shù)的時(shí)間。根據(jù)本文的試驗(yàn)，對(duì)于砂性土或粉粒含量比較高的土，適當(dāng)增加0.5min的讀數(shù)，可使得顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果更加精準(zhǔn)，顆粒級(jí)配曲線更加平順。