论文部分内容阅读
[摘要]本文从双比重计法的内容和操作要点出发，分析试验过程中可能产生误差的原因和对土的分散性判定结果的影响，结合实际工程试验结果，提出减少或减轻误差的措施，使得判定结果更准确。
[关键词]土的分散性 双比重计法 影响因素 减小误差措施
[中图分类号] P62 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-6-419-2
1前言
分散性土是在低含盐量水中（或纯净水中）离子相互的排斥力超过了相互吸引力，导致土体的颗粒分散的粘性土。分散性土易于淋蚀和冲蚀，对水工建筑物的危害很大。目前分散性土的常用鉴别方法有四种，即碎块试验、双重比重计试验、孔隙水可溶盐试验和针孔试验。双比重计试验是美国水土保持局推荐使用的一种方法，适用于地区天然土的分散度测定，本文主要分析双比重计法对判定土的分散性结果的影响因素。
2双比重计试验方法
比重计法是根据斯托克斯原理利用土壤比重计通过测量不同深度处悬液的密度和土粒沉降的距离计算出不同粒径所占百分比。试验方法简单介绍如下：将风干试样或者洗盐后的试样，倒入锥形瓶，注入纯水，浸泡过夜，然后置于沙浴上煮沸；冷却后的悬液倒入烧杯中，静置，通过洗筛漏斗将上部悬液过0.075mm筛，遗留杯底沉淀物用带橡皮头研散，再加适量水搅拌，静置，再将上部悬液过0.075mm筛，如此反复倾清，直至杯底砂粒洗净，将筛上和杯中砂粒合并洗入蒸发皿，倾去清水，烘干，称量，并进行细筛分析；将过筛悬液倒入量筒，加入分散剂，再注入纯水至刻度；将搅拌器放入量筒中，上下搅拌1分钟，取出搅拌器，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、1440min时的密度计读数，并测记悬液温度。
双比重计法是对土样进行两次比重计试验来测定粒径小于0.005mm颗粒的含量，其比值即为分散度。第一次是上述常规的加分散剂煮沸的方法；第二次是不煮沸不加分散剂，先将土样放在盛有一定纯水的过滤瓶中，并与真空泵相连接，抽气10min，然后把土水悬液冲洗到量筒中，再注入纯水至刻度，倒转量筒来回摇晃，让土粒水化分散。得到两条颗粒级配曲线，求得两次的粒径小于0.005mm颗粒的含量，求出分散度。根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）中关于双比重计试验的判断标准进行土的分散性类别判定：当分散度>50%时为分散土，分散度在30%～50%之间时为过渡型土，分散度<30%时为非分散性土。
3影响双比重计试验结果的因素分析
在双比重计法的试验过程中，由于仪器、方法、人员等因素存在随机性，测试结果会出现误差。通过对误差产生的原因进行分析，寻找减小误差的措施，确保试验结果的真实和准确性。
3.1仪器误差
仪器误差指所用的计量器具示值不准引起的误差。任何一种计量器具在使用一定时间后由于磨损、老化加之使用环境的温度、湿度等客观条件的变化，都会产生其量值的变化，出现量值的失准，造成计量器具达不到与规定的相应精度要求。使用失准的计量器具进行分析和测量，势必得不到准确的试验结果。因此仪器误差是首要控制的因素，双比重计法中使用的计量仪器主要有土壤比重计和量筒。土壤比重计由分甲种密度计和乙种密度计，较常使用的是甲种密度计。密度计和专用量筒每台所配数据的均不同，如浮泡体积、浮泡中心至最低刻度的距离、标尺总长、量筒沉降距离等，故应定期将比重计送政府计量行政部门指定的持有国家授权的计量器具检定资格证书的检定机构检定，并按自校规程定期对量筒进行校准。
3.2方法误差
方法误差指计量的不完善引起的误差，如试验用土量、分散剂品种选用、弯液面校正、温度校正、分散剂校正等；下面就双比重计法可能存在的方法误差进行分析。
试验用土量问题，不同的试验用土量得到的级配曲线有所差异，使得测定黏粒的含量不同，求得的分散度差异可能会引起土的分散性类别判定出现偏差。根据国家现行《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999），对黏粒含量分析采用密度计法，其用土量应为30g风干土样或者相当于30g干土的湿土，但为了计算方便或者筛分后剩余土量不足等原因，经常存在用土量15g～50g的情况。国内试验研究人员关于用土量对密度计法颗分结果的影响进行分析，结果表明黏粒含量随着用土量的增加而增加；用土量在20g以下时，黏粒含量测量会产生明显的偏差，用土量在20-50g之间时，黏粒含量没有显著差别。
分散剂品种的选用和校正，双比重计试验通常中采用4%浓度的六偏磷酸钠和氨水作为分散剂，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；密度计刻度是以纯水为标准的，当悬液加入分散剂后，使得悬液密度增大，因此选用不同分散剂后还要进行分散剂的校正。
温度和弯液面校正，密度计的刻度是在20℃时测得的悬液密度，当温度改变时，悬液密度发生变化，其刻度一般以弯液面的下缘为准，而试验时密度计读数是以弯液面的上缘为准，故应进行温度和弯液面校正。
3.3人员误差
人员误差指试验人员生理差异和技术不熟练引起的误差。人员素质和技术水平是保证试验成果准确性的根本因素。如搅拌速度、搅拌时间控制、密度计读数方法等需严格按照相关规程进行，搅拌时间为1min，搅拌速度每分钟30下，密度计读数时浮泡不得贴近量筒壁，读数为弯液面爬高的最高点读数等。
4不同因素下双比重计法判定分散性类别实际工程的试验结果分析
下面对澜沧江苗尾水电站土料场取的两组代表性土样，编号为T1和T2。在其他试验因素相同的情况下，各取两组代表性风干土样15g、30g和50g分别在以4%的六偏磷酸钠和氨水作为分散剂进行双比重计试验对比分析。
两组土样以4%的六偏磷酸钠为分散剂用土量为15g、30g和50g进行双比重计试验。编号为T1的土样试验结果为，加分散剂的黏粒含量范围为18.2-21.2%，不加分散剂的黏粒含量范围为3.4-4.9%，分散度范围为18.7-23.1%；编号为T2的土样试验结果为，加分散剂的黏粒含量范围为16.8-18.4%，不加分散剂的黏粒含量范围为3.3-4.6%，分散度范围为19.6-25.1%。
两组风干土样以氨水为分散剂在用土量为15g、30g和50g进行双比重计试验。编号为T1的土样试验结果为，加分散剂的黏粒含量范围为17.5-19.2%，不加分散剂的黏粒含量范围为3.4-4.9%，分散度范围为19.4-25.5%；编号为T2的土样试验结果为，加分散剂的黏粒含量范围为15.9-17.1%，不加分散剂的黏粒含量范围为3.3-4.6%，分散度范围为20.8-27.2%。
上述试验数据验证了方法误差中的分析结果，黏粒含量随着用土量的增加而增加，以4%的六偏磷酸钠为分散剂比以氨水为分散剂能让土中的细颗粒分散的更彻底。由试验结果可看出，用土量为15g的试验结果与用土量为30g和50g的试验结果相差较大， 以氨水为分散剂得到试验结果判定土的分散度偏大。
5结语
通过上述从双比重计法的内容和操作要点出发，分析试验过程对土的分散性判定结果可能产生的影响因素，结合实际工程试验结果，得到以下结论：
（1）试验仪器设备应定期送政府计量行政部门指定的持有国家授权的计量器具检定资格证书的检定机构检定，对不能检定的仪器设备应按自校规程定期校准。
（2）双比重计法的试验用土量在20-50g之间为宜，小于20g黏粒含量测量会产生明显的偏差，可能影响土的分散性类别判定。
（3）用六偏磷酸钠作为分散剂所得的黏粒含量较氨水高，所以建议对于一般性土，选用六偏磷酸钠作为分散剂使土颗粒分散的更彻底些，土的分散性判定结果更准确些。
（4）重视试验人员素质和技术水平的提高，根据规范和设备的更新情况及时对试验人员进行培训，严格按照规范进行操作，尽量减少人为误差。
参考文献
[1]樊恒辉，孔令伟.分散性土研究，中国水利水电出版社，2012.
[2]郭会，彭振阳.用土量对密度计法颗分结果的影响，人民黄河，2012.
[3]水利水电工程天然建筑材料勘察规程，中国水利水电出版社，2000.
[4]苗尾水电站试验报告，福建华东岩土工程有限公司，2011.
[关键词]土的分散性 双比重计法 影响因素 减小误差措施
[中图分类号] P62 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-6-419-2
1前言
分散性土是在低含盐量水中（或纯净水中）离子相互的排斥力超过了相互吸引力，导致土体的颗粒分散的粘性土。分散性土易于淋蚀和冲蚀，对水工建筑物的危害很大。目前分散性土的常用鉴别方法有四种，即碎块试验、双重比重计试验、孔隙水可溶盐试验和针孔试验。双比重计试验是美国水土保持局推荐使用的一种方法，适用于地区天然土的分散度测定，本文主要分析双比重计法对判定土的分散性结果的影响因素。
2双比重计试验方法
比重计法是根据斯托克斯原理利用土壤比重计通过测量不同深度处悬液的密度和土粒沉降的距离计算出不同粒径所占百分比。试验方法简单介绍如下：将风干试样或者洗盐后的试样，倒入锥形瓶，注入纯水，浸泡过夜，然后置于沙浴上煮沸；冷却后的悬液倒入烧杯中，静置，通过洗筛漏斗将上部悬液过0.075mm筛，遗留杯底沉淀物用带橡皮头研散，再加适量水搅拌，静置，再将上部悬液过0.075mm筛，如此反复倾清，直至杯底砂粒洗净，将筛上和杯中砂粒合并洗入蒸发皿，倾去清水，烘干，称量，并进行细筛分析；将过筛悬液倒入量筒，加入分散剂，再注入纯水至刻度；将搅拌器放入量筒中，上下搅拌1分钟，取出搅拌器，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、1440min时的密度计读数，并测记悬液温度。
双比重计法是对土样进行两次比重计试验来测定粒径小于0.005mm颗粒的含量，其比值即为分散度。第一次是上述常规的加分散剂煮沸的方法；第二次是不煮沸不加分散剂，先将土样放在盛有一定纯水的过滤瓶中，并与真空泵相连接，抽气10min，然后把土水悬液冲洗到量筒中，再注入纯水至刻度，倒转量筒来回摇晃，让土粒水化分散。得到两条颗粒级配曲线，求得两次的粒径小于0.005mm颗粒的含量，求出分散度。根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）中关于双比重计试验的判断标准进行土的分散性类别判定：当分散度>50%时为分散土，分散度在30%～50%之间时为过渡型土，分散度<30%时为非分散性土。
3影响双比重计试验结果的因素分析
在双比重计法的试验过程中，由于仪器、方法、人员等因素存在随机性，测试结果会出现误差。通过对误差产生的原因进行分析，寻找减小误差的措施，确保试验结果的真实和准确性。
3.1仪器误差
仪器误差指所用的计量器具示值不准引起的误差。任何一种计量器具在使用一定时间后由于磨损、老化加之使用环境的温度、湿度等客观条件的变化，都会产生其量值的变化，出现量值的失准，造成计量器具达不到与规定的相应精度要求。使用失准的计量器具进行分析和测量，势必得不到准确的试验结果。因此仪器误差是首要控制的因素，双比重计法中使用的计量仪器主要有土壤比重计和量筒。土壤比重计由分甲种密度计和乙种密度计，较常使用的是甲种密度计。密度计和专用量筒每台所配数据的均不同，如浮泡体积、浮泡中心至最低刻度的距离、标尺总长、量筒沉降距离等，故应定期将比重计送政府计量行政部门指定的持有国家授权的计量器具检定资格证书的检定机构检定，并按自校规程定期对量筒进行校准。
3.2方法误差
方法误差指计量的不完善引起的误差，如试验用土量、分散剂品种选用、弯液面校正、温度校正、分散剂校正等；下面就双比重计法可能存在的方法误差进行分析。
试验用土量问题，不同的试验用土量得到的级配曲线有所差异，使得测定黏粒的含量不同，求得的分散度差异可能会引起土的分散性类别判定出现偏差。根据国家现行《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999），对黏粒含量分析采用密度计法，其用土量应为30g风干土样或者相当于30g干土的湿土，但为了计算方便或者筛分后剩余土量不足等原因，经常存在用土量15g～50g的情况。国内试验研究人员关于用土量对密度计法颗分结果的影响进行分析，结果表明黏粒含量随着用土量的增加而增加；用土量在20g以下时，黏粒含量测量会产生明显的偏差，用土量在20-50g之间时，黏粒含量没有显著差别。
分散剂品种的选用和校正，双比重计试验通常中采用4%浓度的六偏磷酸钠和氨水作为分散剂，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；密度计刻度是以纯水为标准的，当悬液加入分散剂后，使得悬液密度增大，因此选用不同分散剂后还要进行分散剂的校正。
温度和弯液面校正，密度计的刻度是在20℃时测得的悬液密度，当温度改变时，悬液密度发生变化，其刻度一般以弯液面的下缘为准，而试验时密度计读数是以弯液面的上缘为准，故应进行温度和弯液面校正。
3.3人员误差
人员误差指试验人员生理差异和技术不熟练引起的误差。人员素质和技术水平是保证试验成果准确性的根本因素。如搅拌速度、搅拌时间控制、密度计读数方法等需严格按照相关规程进行，搅拌时间为1min，搅拌速度每分钟30下，密度计读数时浮泡不得贴近量筒壁，读数为弯液面爬高的最高点读数等。
4不同因素下双比重计法判定分散性类别实际工程的试验结果分析
下面对澜沧江苗尾水电站土料场取的两组代表性土样，编号为T1和T2。在其他试验因素相同的情况下，各取两组代表性风干土样15g、30g和50g分别在以4%的六偏磷酸钠和氨水作为分散剂进行双比重计试验对比分析。
两组土样以4%的六偏磷酸钠为分散剂用土量为15g、30g和50g进行双比重计试验。编号为T1的土样试验结果为，加分散剂的黏粒含量范围为18.2-21.2%，不加分散剂的黏粒含量范围为3.4-4.9%，分散度范围为18.7-23.1%；编号为T2的土样试验结果为，加分散剂的黏粒含量范围为16.8-18.4%，不加分散剂的黏粒含量范围为3.3-4.6%，分散度范围为19.6-25.1%。
两组风干土样以氨水为分散剂在用土量为15g、30g和50g进行双比重计试验。编号为T1的土样试验结果为，加分散剂的黏粒含量范围为17.5-19.2%，不加分散剂的黏粒含量范围为3.4-4.9%，分散度范围为19.4-25.5%；编号为T2的土样试验结果为，加分散剂的黏粒含量范围为15.9-17.1%，不加分散剂的黏粒含量范围为3.3-4.6%，分散度范围为20.8-27.2%。
上述试验数据验证了方法误差中的分析结果，黏粒含量随着用土量的增加而增加，以4%的六偏磷酸钠为分散剂比以氨水为分散剂能让土中的细颗粒分散的更彻底。由试验结果可看出，用土量为15g的试验结果与用土量为30g和50g的试验结果相差较大， 以氨水为分散剂得到试验结果判定土的分散度偏大。
5结语
通过上述从双比重计法的内容和操作要点出发，分析试验过程对土的分散性判定结果可能产生的影响因素，结合实际工程试验结果，得到以下结论：
（1）试验仪器设备应定期送政府计量行政部门指定的持有国家授权的计量器具检定资格证书的检定机构检定，对不能检定的仪器设备应按自校规程定期校准。
（2）双比重计法的试验用土量在20-50g之间为宜，小于20g黏粒含量测量会产生明显的偏差，可能影响土的分散性类别判定。
（3）用六偏磷酸钠作为分散剂所得的黏粒含量较氨水高，所以建议对于一般性土，选用六偏磷酸钠作为分散剂使土颗粒分散的更彻底些，土的分散性判定结果更准确些。
（4）重视试验人员素质和技术水平的提高，根据规范和设备的更新情况及时对试验人员进行培训，严格按照规范进行操作，尽量减少人为误差。
参考文献
[1]樊恒辉，孔令伟.分散性土研究，中国水利水电出版社，2012.
[2]郭会，彭振阳.用土量对密度计法颗分结果的影响，人民黄河，2012.
[3]水利水电工程天然建筑材料勘察规程，中国水利水电出版社，2000.
[4]苗尾水电站试验报告，福建华东岩土工程有限公司，2011.