实验一、颗粒大小分析试验(比重计法)颗粒大小分析试验是测定干土中各种粒组所占该土总质量的百分数，借以明确颗粒大小分布情况，供土的分类与概略判断土的工程性质及选料之用。

根据土的颗粒大小及级配情况常用的方法有筛分法与比重计法，筛分法适用于分析粒径大于0.074mm 的土；比重计法适用于粒径小于0.074mm的土。

当土中兼有上述两类粒径时，则应联合使用筛析法与比重计法。

一、基本原理密度计法是静水沉降分析法的一种，只适用于粒径小于0.075mm的土样。

密度计法是将一定量的土样(粒径<0.075mm)放在量筒中，然后加纯水，经过搅拌，使土的大小颗粒在水中均匀分布，制成一定量的均匀浓度的土悬液(1000mL)。

静止悬液，让土粒沉降，在土粒下沉过程中，用密度计测出在悬液中对应于不同时间的不同悬液密度，根据密度计读数和土粒的下沉时间，就可计算出粒径小于某一粒径d(mm)的颗粒占土样的百分数。

二、仪器设备1、密度计目前通常采用的密度计有甲、乙两种，这两种密度计的制造原理及使用方法基本相同,但密度计的读数所表示的含义则是不同的，甲种密度计读数所表示的是一定量悬液中的干土质量；乙种密度计读数所表示的是悬液比重。

(1)甲种密度计，刻度单位以在20ºC时每1000mL悬液内所含土质量的克数来表示，刻度为-5～50，最小分度值为0.5。

(2)乙种密度计，刻度单位以在20ºC时悬液的比重来表示，刻度为0.995～1.020，最小分度值为0.0002。

2、量筒2个：容积1000mL；3、三角烧瓶：容积500ml4、煮沸设备：电热器、锥形烧瓶；5、分散剂：4%六偏磷酸钠或25%氨水；6、其他：搅拌棒、温度计、研钵、秒表、烧杯、瓷皿、天平等。

三、操作步骤1、密度计的校正密度计在制造过程中, 其浮泡体积及刻度往往不易准确, 况且, 密度计的刻度是以20 C的纯水为标准的。

由于受实验室多种因素的影响，密度计在使用前应对刻度、弯液面、土粒沉降距离、温度、分散剂等的影响进行校正。

(1)土粒沉降距离校正土粒有效沉降距离计算 见各比重计 (2)刻度及弯液面校正试验时密度计的读数应以弯液面的上缘为准，而密度计制造时其刻度是以弯液面的下缘为准(图1-3)，因此应对密度计刻度及弯液面进行校正。

将密度计放入20ºC 纯水中，此时密度计上弯液面的上、下缘的读数之差即为弯液面的校正值。

因弯液面上缘刻度永远大于下缘刻度，故此值永远为正。

某些密度计出厂时已注明以弯液面上缘为准，即校正值为零。

(3)温度校正密度计刻度是在20ºC 时刻制的, 但试验时的悬液温度不一定恰好等于20ºC, 而水的密度变化及密度计浮泡体积的膨胀，会影响到密度计的准确读数，因此需要加以温度校正。

密度计读数温度校正值表1查得(4)分散剂校正为了使悬液充分分散，常加一定量的分散剂，悬液的密度则比原来的增大，因此应考虑分散剂对密度计读数的影响。

具体方法是：将量筒内1000mL 的纯水恒温至20ºC, 先测出密度计在20ºC 纯水中的读数, 然后再加试验时采用的分散剂, 用搅拌器在量筒内沿整个深度上下搅拌均匀, 并将密度计放入溶液中测记密度计读数, 两者之差, 即为分散剂校正值。

(5)土粒比重校正密度计刻度系假定悬液内土粒的比重为2.65制作的，若试验时土粒的比重不是2.65，则必须加以正，甲、乙两种密度计的比重校正值可由表2查得。

表1 温度校正值悬液温度（℃） 甲种密度计温度校正值 乙种密度计温度校正值 悬液温度（℃） 甲种密度计温度校正值 乙种密度计温度校正值 悬液 温度（℃） 甲种密度计温度校正值 乙种密度计温度校正值 10.0 -2.0 -0.0012 17.0 -0.8 -0.0005 24.0 1.3 0.0008 10.5 -1.9 -0.0012 17.5 -0.7 -0.0004 24.5 1.5 0.0009 11.0 -1.9 -0.0012 18.0 -0.5 -0.0003 25.0 1.7 0.0010 11.5 -1.8 -0.0011 18.5 -0.4 -0.0003 25.5 1.9 0.0011 12.0 -1.8 -0.0011 19.0 -0.3 -0.0002 26.0 2.1 0.0013 12.5 -1.7 -0.0010 19.5 -0.1 -0.0001 26.5 2.2 0.0014 13.0 -1.6 -0.0010 20.0 0 0 27.0 2.5 0.0015 13.5 -1.5 -0.0009 20.5 0.1 0.0001 27.5 2.6 0.0016 14.0 -1.4 -0.0009 51.0 0.3 0.0002 28.0 2.9 0.0018 14.5 -1.3 -0.0008 21.5 0.5 0.0003 28.5 3.3 0.0019 15.0 -1.2 -0.0008 22.0 0.6 0.0004 29.0 3.3 0.0021 15.5-1.1-0.000722.50.80.000529.53.50.002216.0 -1.0 -0.0006 23.0 0.9 0.0006 30.0 3.7 0.002316.5 -0.9 -0.0006 23.5 1.1 0.0007表2土粒比重校正值土粒比重 2.50 2.52 2.54 2.56 2.58 2.60 2.62 2.64 2.66甲种密度计 1.038 1.032 1.027 1.022 1.017 1.012 1.007 1.002 0.998 校正值乙种密度计 1.666 1.658 1.649 1.641 1.632 1.625 1.617 1.609 1.603 土粒比重 2.68 2.70 2.72 2.74 2.76 2.78 2.80 2.82 2.84甲种密度计0.993 0.989 0.985 0.981 0.977 0.973 0.969 0.965 0.961 校正值乙种密度计 1.595 1.588 1.581 1.575 1.568 1.562 1.556 1.549 1.5432、处理土样及制备悬液(1) 取代表性试样200～300g, 风干并测定试样的风干含水率，放入研钵中，用带橡皮头的研棒研散。

(2) 称风干试样30g，倒入500mL锥形瓶，注入纯水200ml, 浸泡过夜。

(3) 将盛土液的锥形瓶稍加摇晃后放在煮沸设备上进行煮沸，煮沸时间宜为40min。

(4) 将冷却后的悬液全部冲入烧杯中，用带橡皮头研棒研磨；静止约1min，将上部悬液倒在0.075mm洗筛上，经漏斗注入1000mL的大量筒内，遗留杯底沉淀物用橡皮头研棒研散，再加适量纯水搅拌，倒出上部悬液过筛入量筒内。

如此反复，直至悬液澄清后将烧杯中全部试样过筛，冲洗干净；将筛上砂粒移入蒸发皿内，烘干后，按试验一步骤2过筛称量，并计算各粒组百分含量。

(5) 在大量筒中加入4%浓度的六偏磷酸钠10mL，再注入纯水至1000mL。

(6)将搅拌器放入量筒中，沿悬液深度上下搅拌1min，使土粒完全均布到整个悬液中。

注意搅拌时勿使悬液溅出量筒外。

(7)取出搅拌器，同时立即开动秒表，将密度计放入悬液中，测记0.5、1、2、5、15、30、60、120和1440min时的密度计读数，并测定其相应的悬液温度。

根据试验情况或实际需要，可增加密度计读数次数，或缩短最后一次读数时间。

(8) 每次读数时均应在预定时间前10～20s将密度计徐徐放入悬液中部，不得贴近筒壁，并使密度计竖直，还应在近似于悬液密度的刻度处放手，以免搅动悬液。

(9) 密度计读数以弯液面上缘为准。

甲种密度计应准确至0.5, 估读至0.1；乙种密度计应准确至0.0002, 估读至0.0001。

每次读数完毕，立即取出密度计，放入盛有清水的量筒中。

(10) 测定悬液温度，应准确至0.5ºC。

五、计算及绘图1、计算颗粒直径：4t 0180010d==g t tS L L K ωωηρ⨯⨯（G -G ）式中，d ——土颗粒粒径，mm ；η——水的动力粘滞系数（kPa·s×10－6）；Gs ——土粒比重； G wt —— tºC 时水的比重； ρw0——4ºC 时纯水的密度，g/cm 3； L ——某一时间t 内土粒沉降距离，cm ； t ——土粒下沉时间，s ； g ——重力加速度(cm/s 2)；K ——粒径计算系数，与悬液温度和土粒比重有关，可由表3查得。

表3 粒径计算系数K 值表温度 t (℃) 土粒比重G s2.45 2.50 2.55 2.60 2.65 2.70 2.75 2.80 2.85 5 0.1385 0.1360 0.1399 0.1318 0.1298 0.1279 0.1261 0.1243 0.1226 6 0.1365 0.1342 0.1320 0.1299 0.1280 0.1261 0.1243 0.1225 0.1208 7 0.1344 0.1321 0.1300 0.1280 0.1260 0.1241 0.1224 0.1206 0.1189 8 0.1324 0.1302 0.1281 0.1260 0.1241 0.1223 0.1205 0.1188 0.1182 9 0.1305 0.1283 0.1262 0.1242 0.1224 0.1205 0.1187 0.1171 0.1164 10 0.1288 0.1267 0.1247 0.1227 0.1208 0.1189 0.1173 0.1156 0.1141 11 0.1270 0.1249 0.1229 0.1209 0.1190 0.1173 0.1156 0.1140 0.1124 12 0.1253 0.1232 0.1212 0.1193 0.1175 0.1157 0.1140 0.1124 0.1109 13 0.1235 0.1214 0.1195 0.1175 0.1158 0.1141 0.1124 0.1109 0.1094 14 0.1221 0.1200 0.1180 0.1162 0.1149 0.1127 0.1111 0.1095 0.1080 15 0.1205 0.1184 0.1165 0.1148 0.1130 0.1113 0.1096 0.1081 0.1067 16 0.1189 0.1169 0.1150 0.1132 0.1115 0.1098 0.1083 0.1067 0.1053 17 0.1173 0.1154 0.1135 0.1118 0.1100 0.1085 0.1069 0.1047 0.1039 18 0.1159 0.1140 0.1121 0.1103 0.1086 0.1071 0.1055 0.1040 0.1026 19 0.1145 0.1125 0.1108 0.1090 0.1073 0.1058 0.1031 0.1088 0.1014 20 0.1130 0.1111 0.1093 0.1075 0.1059 0.1043 0.1029 0.1014 0.1000 21 0.1118 0.1099 0.1081 0.1064 0.1043 0.1033 0.1018 0.1003 0.0990 22 0.1103 0.1085 0.1067 0.1050 0.1035 0.1019 0.1004 0.0990 0.0977 23 0.1091 0.1072 0.1055 0.1038 0.1023 0.1007 0.0993 0.0979 0.0966 24 0.1078 0.1061 0.1044 0.1028 0.1012 0.0997 0.0982 0.0960 0.0956 25 0.1065 0.1047 0.1031 0.1014 0.0999 0.0984 0.0970 0.0957 0.0943 26 0.1054 0.1035 0.1019 0.1003 0.0988 0.0973 0.0959 0.0945 0.0933 270.10410.10240.10070.09920.09770.09620.09480.09350.092328 0.1032 0.1014 0.0998 0.0982 0.0967 0.0953 0.0939 0.0926 0.0913 29 0.1019 0.1002 0.0986 0.0971 0.0956 0.0941 0.0928 0.0914 0.0903 300.10080.09910.09750.09600.09450.09310.09180.09050.08932、小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比计算： (1) 甲种比重计100(R n C )s t D dX C m m =++-20202.652.65Ss S C ωωρρρρ-=⨯-式中，X ——小于某粒径的试样质量的百分比，％；m d ——土样干质量，g ；C s ——土粒比重校正值, 查表1-2； R ——甲种密度计读数；m t ——悬液温度校正值，查表1-1； n ——弯液面校正值；S ρ ——土粒密度，g/cm3D C 为分散剂校正值。