孟凡會

（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250014）

顆粒分析試驗是測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。根據(jù)顆粒分析試驗結(jié)果，可以了解土的顆粒級配和成份，對土進行工程分類，并判別土的工程性質(zhì)。

1 顆粒分析試驗方法

根據(jù)土的顆粒大小，顆粒分析試驗有3種基本方法，篩析法、密度計法、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法或移液管法。采用密度計法進行顆粒分析試驗時，根據(jù)SL237-1999《土工試驗規(guī)程》要求：經(jīng)測 1min、5min、30min、120min、1440min 時的密度計讀數(shù)，根據(jù)試樣情況或?qū)嶋H需要，可增加密度計讀數(shù)或縮短最后一次讀數(shù)的時間。

2 工程介紹及比對試驗

本文采用山東省魯北地區(qū)的一批試樣進行密度計法顆粒分析試驗，增加0.5min時的密度計讀數(shù)，與未增加0.5min時的顆粒分析試驗讀數(shù)對比，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，顆粒級配曲線更加精準(zhǔn)。

2.1 試驗準(zhǔn)備

選用本工程3個鉆孔的原狀土樣共10組，取土深度從1.5～19.2m。根據(jù)規(guī)范操作步驟，對所抽取的10組土樣進行顆粒分析試驗。試驗采用乙種 TM-85 土壤密度計，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，每個讀數(shù)點均即時量測試驗溫度。

乙種密度計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′為乙種密度計讀數(shù)。

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

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

每個時間點的讀數(shù)都對應(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，多個點的讀數(shù)連成曲線才能繪制出小于某粒徑的土粒含量——土粒粒徑單對數(shù)曲線，且曲線上的點越多，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 比對試驗

試驗方法一：按照規(guī)范要求操作，讀數(shù)時間點為 1min、5min、30min、120min、1440min 試驗。方法二：在規(guī)范要求操作的基礎(chǔ)上，增加試驗讀數(shù)頻次，將讀數(shù)時間點調(diào)整為0.5min、1min、5min、30min、120min、1440min。

2.3 試驗結(jié)果分析

由兩種方法繪制的10組土的顆粒級配曲線如圖1所示：

圖110 組土的顆粒級配曲線

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

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

3 結(jié)語

《土工試驗規(guī)程》SL237-1999中對于顆粒分析試驗經(jīng)測密度計讀數(shù)的時間點的要求是比較靈活的，根據(jù)試樣情況或?qū)嶋H需要，可增加密度計讀數(shù)或縮短最后一次讀數(shù)的時間。根據(jù)本文的試驗，對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結(jié)果更加精準(zhǔn)，顆粒級配曲線更加平順。