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摘要:颗粒分析实验是土工基本试验的重要组成部分，其实验方法主要有筛析法、密度计法及联合测定法，但这些方法在试验过程中都存在着一些误差。本文结合颗粒的特点,就颗分试验中各种实验方法存在的误差进行探讨，并提出一些减小误差的措施，确保试验结果的真实性和准确性。供类似分析研究参考与借鉴。
关键词: 颗分试验；误差分析；解决措施
中图分类号：C33 文献标识码：A 文章编号：
随着我国科学技术的不断进步，颗分试验等土工基本试验方法得到进一步的发展。颗分试验是土工试验之一，主要应用于测定干土中各粒组含量占该土总质量的百分数，借以明确了颗粒大小分布情况,供土的分类及概略判断土的工程性质及选料之用。颗分试验方法主要有筛析法、密度计法及联合测定法，在试验过程中，由于设备、方法、环境、人员等因素的存在，测试结果会出现误差。误差按照性质划分为系统误差和随机误差两种，颗分试验使用筛析法存在着随机误差，而使用密度计法则不仅存在随机误差，还由于所用方法、仪器设备等因素而存在系统误差。因此，通过对误差产生的原因进行分析，寻找科学合理的措施来减小误差，确保试验结果的真实性和准确性。
1 概述
自然界存在的土都是由大小不同的颗粒组成的,土粒的粒径变化时,土的性质也相应地发生变化，在工程上常把大小相近的土粒合并为一组称为粒组，各个粒组随着粒径分界尺寸的不同而呈现出一定的变化。土的颗粒组成在一定程度上反映了土的性质,工程上常依据颗粒组成对土进行分类。粗粒土(粒径＞0．075mm的土)主要是依据颗粒组成进行分类的；细粒土(粒径＜0．075mm的土)由于矿物成分、颗粒形状及胶体含量等因素，则不能单以颗粒组成进行分类，而要借助于塑性图或塑性指数进行分类。颗粒分析试验是土工基本试验之一，是用来测定干土中各粒组含量占该土总质量的百分数。土的颗料大小、级配和粒组含量是土的工程分类的重要依据。由于土粒粒径变化大,土的颗粒组成与矿物组成、力学性质、外在环境等均有直接联系，所以这一试验需要用不同的方法进行测定。
根据土的颗粒大小及级配情况,分别采取以下3中分析方法:一是筛析法，适用于粒径＞0．075mm的土；二是密度计法(甲种密度计法)，适用于粒径＜0．075mm的土；三是联合测定法，适用于筛析后底盘土的质量超过总质量的10%以上，且超过30g以上的土。颗粒分析试验操作方法见《土工试验规程》(SL237—1999)中“颗粒分析试验”(SL237006—1999)。
误差的分类:从不同的角度可以对误差进行不同的分类，从研究误差产生的原因这一角度，误差可以分为:①设备误差(仪器误差):如所用的计量器具示值不准引起的误差；②方法误差:计量的不完善引起的误差；③环境误差:由于环境因素与要求的标准状态不一致而产生的误差，如恒温、电磁屏蔽、隔振等不完善引起的误差；④人员误差(人为误差):计量人员生理差异和技术不熟练引起的误差。从计量测量数据处理需要，误差按其性质一般分为两类，即系统误差和随机误差。
2颗分试验中误差分析及解决措施
2.1 筛析法中存在的误差
制备后的土样，通过筛析，按其不同粒组的相对含量可划分为巨粒类土、粗粒类土和细粒类土。巨粒类土应按粒组划分；粗粒类土应按粒组、级配、细粒土含量划分；细粒类土的定名应按细粒土中所含粒组含量以及有机质含量来进行分类。理论上讲用筛析法测得的留筛比重被视为实际留筛比重，而在室内土工试验室的实际操作中，当颗粒处于筛孔上并受到振动时，有的土颗粒可以通过筛孔而有的却不能通过，被赌在筛孔中，这主要取决于土颗粒的粒径和颗粒在筛面上的角度，以及筛分的持续时间。被赌在筛孔中的土颗粒质量被忽略了，在实际操作过程中每一级筛子都有不同程度的赌筛现象，从而造成每一级土的留筛比重发生变化，所测得的各粒组含量占该土总质量的百分数发生改变，使得试验结果造成土的定名与实际不符。
不同筛子、不同操作者及试样总质量的影响；不同厂家生产的筛子，筛孔的形状有圆形的也有方形的，而且时间用久了筛孔的尺寸会发生变形，甚至断丝而又不能及时得到更换，筛孔尺寸的变形误差会造成留筛比重的变化从而造成各级粒组含量占该土总质量的百分数的变化；不同的操作者在操作过程中使用的操作方法的不同也会造成试验误差。有的操作者制备土样是将试样放在橡皮垫上用木碾碾细土样，也有将试样放在碾钵中碾细土样；所选代表性试样总质量的影响，试样质量大误差就小，试样质量小误差就大。
从以上分析可以看出，影响筛析法的因素很多，以上各种因素都会对土的定名产生不同程度的影响，使土的定名与土的实际状况存在着差异。
2.2 密度计法中存在的误差
密度计法是土工试验中对细粒土(＜0．075mm的土)进行颗粒分析的常用方法之一，密度计读数，除悬液密度外，也由悬液面至密度计浮泡体积中心的距离来表示土粒的沉降深度。但在室内试验时，当密度计放入悬液后液面因此而升高，致使土粒沉降距离较实际的要大，这种误差会影响到土的定名，所以要加以校正。粘性土颗粒分析的试验结果主要取决于被分析的试样状态、制备方法和分析方法等因素。细粒土的土粒一般情况下呈团状的居多，因为在制备土样的过程中，是在橡皮垫上碾碎，在碾碎的同时不能将土颗粒破坏，允许过2mm的筛子，然后进行分析。团状颗粒是由细颗粒集结而成的，它是在沉积过程中以及其后的生存期间形成的，所以在试验之前必须加适量的分散剂，让土颗粒充分分散。
实际操作中是用煮沸加化学分散剂来进行颗粒分散，这样既能将土粒分散，又不破坏土的颗粒及其聚合体。这种分散方法比较符合工程实际情况，基本上可以使土在不受任何破坏的情况下，求得土的粒组所占土总质量的百分数。
通常颗分试验采用六偏磷酸钠作为分散剂的居多，也有采用氨水作为分散剂。对于易分散的土，用4%浓度的六偏磷酸钠作为分散剂；对于一些特殊土，可以根据工程实际情况及土类特点选用合适的分散剂。采用六偏磷酸钠作为分散剂与采用氨水作为分散剂在试验结果上有较大的差异。下面对某水利工程料场取土样35组，同一土样用两种分散剂分别做35组颗粒大小分析试验进行对比分析。
2.2.1 加氨水试验方法
将野外取回的土样经过风干，在橡皮垫上碾碎，过2mm的细筛，然后进行分析。筛下土用4分法进行取样，再在烘箱里进行烘干(烘箱温度100～105℃，烘干时间≥8h)，用精密的电子天平(1/1000)称取经烘干冷却后的土样30g，放入烧杯中，然后加入蒸馏水进行大约24h的浸泡，然后加入1mL氨水，摇匀(氨水易挥发，把氨水溶入水中)放在砂浴上进行煮沸、排气、分散，时间控制在1h左右。对于较粘的土，煮沸时间应适当延长，煮沸过的溶液进行冷却，过0．075mm洗筛，筛上经烘干进行筛分析，筛下的滤液注入1000ml的量筒里，进行甲种比重计分析。读数前需在1000mL的量筒里另加入0．5mL的氨水，再經过30次/分左右的搅拌，分不同的时间测读比重计、温度计等读数。最后整理出颗粒大小关系曲线，从曲线上查出各粒组的百分含量从而用于判定土的名称。
2.2.2 加六偏磷酸钠试验方法
与加氨水试验方法不同的是在煮沸时，不加氨水，只加蒸馏水，在溶液过0．075mm洗筛后，进行搅拌前，在1000mL的量筒中加入10mL10%浓度的六偏酸钠溶液(试验前配制的)，测读数据与资料整理同加氨水试验方法一致。
由于所得试验结果较多，本文不全部列举，只做统计以供分析。列出10组不同分散剂下颗粒分析试验结果，如表1及表2。
表1 加氨水作分散剂颗分试验结果
表2 加六偏磷酸钠作分散剂颗分试验结果
從以上10组颗粒分析试验结果来看，用六偏磷酸钠作分散剂所得粘粒含量，比用氨水作分散剂所得粘粒含量要大，其中只有1组TL1-2土样用氨水作分散剂所测得的粘粒含量大于六偏磷酸钠作分散剂所测得的粘粒含量。由于所用分散剂的不同，所得粘粒含量会受到很大的影响，从而造成对土的分类的影响，同一土样用不同的分散剂得出不同的定名，如TL1-1、TL1-8土样，用六偏磷酸钠作分散剂定名这两个土样为中粉质壤土，而用氨水作分散剂则定名为轻粉质壤土。TL1-3土样，用六偏磷钠作分散剂定名为粉质粘土，而用氨水作分散剂定名为重粉质壤土。
经过统计和分析后(35组试验分析)，用六偏磷酸钠作分散剂所得粘粒含量大于用氨水作分散剂所得粘粒含量的土样，为26组，占总土样的百分率为74．3%。用六偏磷酸钠作分散剂所得粘粒含量小于用氨水作分散剂所得粘粒含量的土样，为6组，占总土样的百分率为17．1%。
加入不同的分散剂对试验有不同的结果，颗粒分散的程度不同，土的粘粒含量就会有所不同，那么这将直接影响土的工程分类，粘粒含量大的土粘性就越大，反之粘性就小。
因此，做颗分试验用不同的分散剂在试验结果上存在着误差。用六偏磷酸钠作分散剂所得的粘粒含量高；用氨水作分散剂所得的粘粒含量较低。即用六偏磷酸钠作分散剂使土分散得更彻底。
3 体会
每种试验由于所用仪器设备、人员操作、环境条件的差异，都会或多或少地存在着一定的系统误差和随机误差。在细粒土颗粒大小分析试验中，造成误差的原因有以下几个方面:煮沸时间的不同，可引起土的不同程度的分散；比重计读数的误差，由于搅拌后水面的微震，比重计会上下跳动，刻度较小，而又要在较短的时间里读数，数值的估读等；温度计读数误差等；还有制备土样的代表性也是误差产生的原因之一；数据统计及计算采用计算机制图等，都会产生误差。同一土样在不同的试验室做，得出的结果也有一定的误差。我们将10组土样送到3个单位去做，得出的结果各不相同，这里存在着一定的误差。
由于粘土中往往有非可溶性的胶体物质经过干燥后细颗粒能成团，难以再度分散，所以用天然湿度状态下的试样分析更符合实际，而用天然湿度的试样比风干和烘干试样所得的粘粒含量均偏高，但是在实际操作中，往往在土样取出后无法保持其天然含水率，所以室内试验都是采用风干试样，这也存在着一定的误差。
实际上土粒的形状并不是我们想象中的球形的，而是不规则的形状，特别是粘性土颗粒。土粒沉降也不是单个颗粒，而是许多土粒同时沉降，土粒在同时沉降的过程中，土颗粒与土颗粒之间会互相干扰，这种干扰也是影响试验结果的一个因素。土粒沉降速度的快慢直接影响土的工程分类，土粒沉降的快所得粘粒含量小，沉降的慢所得粘粒含量大。
4 结语
综上所述，影响颗分试验结果的因素有很多，包括设备、方法、环境、人员等，致使颗分试验存在着随机误差和系统误差。通过上述室内实验室的研究和分析，认识到了误差产生的原因，并给出以下建议：室内试验室筛析法做颗分试验用圆孔筛子，密度计法做颗分试验用六偏磷酸钠作分散剂更为合适。
参考文献：
[1] 王敏；洪健，对密度计沉降法颗粒分析试验的一点改进[J].山西建筑，2009年第16期
[2] 徐凡，关于颗粒分析试验的研究[J].城市建设理论研究，2012年第8期
关键词: 颗分试验；误差分析；解决措施
中图分类号：C33 文献标识码：A 文章编号：
随着我国科学技术的不断进步，颗分试验等土工基本试验方法得到进一步的发展。颗分试验是土工试验之一，主要应用于测定干土中各粒组含量占该土总质量的百分数，借以明确了颗粒大小分布情况,供土的分类及概略判断土的工程性质及选料之用。颗分试验方法主要有筛析法、密度计法及联合测定法，在试验过程中，由于设备、方法、环境、人员等因素的存在，测试结果会出现误差。误差按照性质划分为系统误差和随机误差两种，颗分试验使用筛析法存在着随机误差，而使用密度计法则不仅存在随机误差，还由于所用方法、仪器设备等因素而存在系统误差。因此，通过对误差产生的原因进行分析，寻找科学合理的措施来减小误差，确保试验结果的真实性和准确性。
1 概述
自然界存在的土都是由大小不同的颗粒组成的,土粒的粒径变化时,土的性质也相应地发生变化，在工程上常把大小相近的土粒合并为一组称为粒组，各个粒组随着粒径分界尺寸的不同而呈现出一定的变化。土的颗粒组成在一定程度上反映了土的性质,工程上常依据颗粒组成对土进行分类。粗粒土(粒径＞0．075mm的土)主要是依据颗粒组成进行分类的；细粒土(粒径＜0．075mm的土)由于矿物成分、颗粒形状及胶体含量等因素，则不能单以颗粒组成进行分类，而要借助于塑性图或塑性指数进行分类。颗粒分析试验是土工基本试验之一，是用来测定干土中各粒组含量占该土总质量的百分数。土的颗料大小、级配和粒组含量是土的工程分类的重要依据。由于土粒粒径变化大,土的颗粒组成与矿物组成、力学性质、外在环境等均有直接联系，所以这一试验需要用不同的方法进行测定。
根据土的颗粒大小及级配情况,分别采取以下3中分析方法:一是筛析法，适用于粒径＞0．075mm的土；二是密度计法(甲种密度计法)，适用于粒径＜0．075mm的土；三是联合测定法，适用于筛析后底盘土的质量超过总质量的10%以上，且超过30g以上的土。颗粒分析试验操作方法见《土工试验规程》(SL237—1999)中“颗粒分析试验”(SL237006—1999)。
误差的分类:从不同的角度可以对误差进行不同的分类，从研究误差产生的原因这一角度，误差可以分为:①设备误差(仪器误差):如所用的计量器具示值不准引起的误差；②方法误差:计量的不完善引起的误差；③环境误差:由于环境因素与要求的标准状态不一致而产生的误差，如恒温、电磁屏蔽、隔振等不完善引起的误差；④人员误差(人为误差):计量人员生理差异和技术不熟练引起的误差。从计量测量数据处理需要，误差按其性质一般分为两类，即系统误差和随机误差。
2颗分试验中误差分析及解决措施
2.1 筛析法中存在的误差
制备后的土样，通过筛析，按其不同粒组的相对含量可划分为巨粒类土、粗粒类土和细粒类土。巨粒类土应按粒组划分；粗粒类土应按粒组、级配、细粒土含量划分；细粒类土的定名应按细粒土中所含粒组含量以及有机质含量来进行分类。理论上讲用筛析法测得的留筛比重被视为实际留筛比重，而在室内土工试验室的实际操作中，当颗粒处于筛孔上并受到振动时，有的土颗粒可以通过筛孔而有的却不能通过，被赌在筛孔中，这主要取决于土颗粒的粒径和颗粒在筛面上的角度，以及筛分的持续时间。被赌在筛孔中的土颗粒质量被忽略了，在实际操作过程中每一级筛子都有不同程度的赌筛现象，从而造成每一级土的留筛比重发生变化，所测得的各粒组含量占该土总质量的百分数发生改变，使得试验结果造成土的定名与实际不符。
不同筛子、不同操作者及试样总质量的影响；不同厂家生产的筛子，筛孔的形状有圆形的也有方形的，而且时间用久了筛孔的尺寸会发生变形，甚至断丝而又不能及时得到更换，筛孔尺寸的变形误差会造成留筛比重的变化从而造成各级粒组含量占该土总质量的百分数的变化；不同的操作者在操作过程中使用的操作方法的不同也会造成试验误差。有的操作者制备土样是将试样放在橡皮垫上用木碾碾细土样，也有将试样放在碾钵中碾细土样；所选代表性试样总质量的影响，试样质量大误差就小，试样质量小误差就大。
从以上分析可以看出，影响筛析法的因素很多，以上各种因素都会对土的定名产生不同程度的影响，使土的定名与土的实际状况存在着差异。
2.2 密度计法中存在的误差
密度计法是土工试验中对细粒土(＜0．075mm的土)进行颗粒分析的常用方法之一，密度计读数，除悬液密度外，也由悬液面至密度计浮泡体积中心的距离来表示土粒的沉降深度。但在室内试验时，当密度计放入悬液后液面因此而升高，致使土粒沉降距离较实际的要大，这种误差会影响到土的定名，所以要加以校正。粘性土颗粒分析的试验结果主要取决于被分析的试样状态、制备方法和分析方法等因素。细粒土的土粒一般情况下呈团状的居多，因为在制备土样的过程中，是在橡皮垫上碾碎，在碾碎的同时不能将土颗粒破坏，允许过2mm的筛子，然后进行分析。团状颗粒是由细颗粒集结而成的，它是在沉积过程中以及其后的生存期间形成的，所以在试验之前必须加适量的分散剂，让土颗粒充分分散。
实际操作中是用煮沸加化学分散剂来进行颗粒分散，这样既能将土粒分散，又不破坏土的颗粒及其聚合体。这种分散方法比较符合工程实际情况，基本上可以使土在不受任何破坏的情况下，求得土的粒组所占土总质量的百分数。
通常颗分试验采用六偏磷酸钠作为分散剂的居多，也有采用氨水作为分散剂。对于易分散的土，用4%浓度的六偏磷酸钠作为分散剂；对于一些特殊土，可以根据工程实际情况及土类特点选用合适的分散剂。采用六偏磷酸钠作为分散剂与采用氨水作为分散剂在试验结果上有较大的差异。下面对某水利工程料场取土样35组，同一土样用两种分散剂分别做35组颗粒大小分析试验进行对比分析。
2.2.1 加氨水试验方法
将野外取回的土样经过风干，在橡皮垫上碾碎，过2mm的细筛，然后进行分析。筛下土用4分法进行取样，再在烘箱里进行烘干(烘箱温度100～105℃，烘干时间≥8h)，用精密的电子天平(1/1000)称取经烘干冷却后的土样30g，放入烧杯中，然后加入蒸馏水进行大约24h的浸泡，然后加入1mL氨水，摇匀(氨水易挥发，把氨水溶入水中)放在砂浴上进行煮沸、排气、分散，时间控制在1h左右。对于较粘的土，煮沸时间应适当延长，煮沸过的溶液进行冷却，过0．075mm洗筛，筛上经烘干进行筛分析，筛下的滤液注入1000ml的量筒里，进行甲种比重计分析。读数前需在1000mL的量筒里另加入0．5mL的氨水，再經过30次/分左右的搅拌，分不同的时间测读比重计、温度计等读数。最后整理出颗粒大小关系曲线，从曲线上查出各粒组的百分含量从而用于判定土的名称。
2.2.2 加六偏磷酸钠试验方法
与加氨水试验方法不同的是在煮沸时，不加氨水，只加蒸馏水，在溶液过0．075mm洗筛后，进行搅拌前，在1000mL的量筒中加入10mL10%浓度的六偏酸钠溶液(试验前配制的)，测读数据与资料整理同加氨水试验方法一致。
由于所得试验结果较多，本文不全部列举，只做统计以供分析。列出10组不同分散剂下颗粒分析试验结果，如表1及表2。
表1 加氨水作分散剂颗分试验结果
表2 加六偏磷酸钠作分散剂颗分试验结果
從以上10组颗粒分析试验结果来看，用六偏磷酸钠作分散剂所得粘粒含量，比用氨水作分散剂所得粘粒含量要大，其中只有1组TL1-2土样用氨水作分散剂所测得的粘粒含量大于六偏磷酸钠作分散剂所测得的粘粒含量。由于所用分散剂的不同，所得粘粒含量会受到很大的影响，从而造成对土的分类的影响，同一土样用不同的分散剂得出不同的定名，如TL1-1、TL1-8土样，用六偏磷酸钠作分散剂定名这两个土样为中粉质壤土，而用氨水作分散剂则定名为轻粉质壤土。TL1-3土样，用六偏磷钠作分散剂定名为粉质粘土，而用氨水作分散剂定名为重粉质壤土。
经过统计和分析后(35组试验分析)，用六偏磷酸钠作分散剂所得粘粒含量大于用氨水作分散剂所得粘粒含量的土样，为26组，占总土样的百分率为74．3%。用六偏磷酸钠作分散剂所得粘粒含量小于用氨水作分散剂所得粘粒含量的土样，为6组，占总土样的百分率为17．1%。
加入不同的分散剂对试验有不同的结果，颗粒分散的程度不同，土的粘粒含量就会有所不同，那么这将直接影响土的工程分类，粘粒含量大的土粘性就越大，反之粘性就小。
因此，做颗分试验用不同的分散剂在试验结果上存在着误差。用六偏磷酸钠作分散剂所得的粘粒含量高；用氨水作分散剂所得的粘粒含量较低。即用六偏磷酸钠作分散剂使土分散得更彻底。
3 体会
每种试验由于所用仪器设备、人员操作、环境条件的差异，都会或多或少地存在着一定的系统误差和随机误差。在细粒土颗粒大小分析试验中，造成误差的原因有以下几个方面:煮沸时间的不同，可引起土的不同程度的分散；比重计读数的误差，由于搅拌后水面的微震，比重计会上下跳动，刻度较小，而又要在较短的时间里读数，数值的估读等；温度计读数误差等；还有制备土样的代表性也是误差产生的原因之一；数据统计及计算采用计算机制图等，都会产生误差。同一土样在不同的试验室做，得出的结果也有一定的误差。我们将10组土样送到3个单位去做，得出的结果各不相同，这里存在着一定的误差。
由于粘土中往往有非可溶性的胶体物质经过干燥后细颗粒能成团，难以再度分散，所以用天然湿度状态下的试样分析更符合实际，而用天然湿度的试样比风干和烘干试样所得的粘粒含量均偏高，但是在实际操作中，往往在土样取出后无法保持其天然含水率，所以室内试验都是采用风干试样，这也存在着一定的误差。
实际上土粒的形状并不是我们想象中的球形的，而是不规则的形状，特别是粘性土颗粒。土粒沉降也不是单个颗粒，而是许多土粒同时沉降，土粒在同时沉降的过程中，土颗粒与土颗粒之间会互相干扰，这种干扰也是影响试验结果的一个因素。土粒沉降速度的快慢直接影响土的工程分类，土粒沉降的快所得粘粒含量小，沉降的慢所得粘粒含量大。
4 结语
综上所述，影响颗分试验结果的因素有很多，包括设备、方法、环境、人员等，致使颗分试验存在着随机误差和系统误差。通过上述室内实验室的研究和分析，认识到了误差产生的原因，并给出以下建议：室内试验室筛析法做颗分试验用圆孔筛子，密度计法做颗分试验用六偏磷酸钠作分散剂更为合适。
参考文献：
[1] 王敏；洪健，对密度计沉降法颗粒分析试验的一点改进[J].山西建筑，2009年第16期
[2] 徐凡，关于颗粒分析试验的研究[J].城市建设理论研究，2012年第8期