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摘要：土粒比重试验方法的应用直接决定着土的比重指标值，影响工程的土类评价。本文主要对土粒比重试验方法的主要技术应用和控制做了经验分析。
关键词：土粒比重；比重瓶法；浮力法；试验技术
Abstract: The application of soil particle proportion test method directly determines the proportion of the value of index of soil, soil types affect project evaluation. This paper focuses on the test methods of soil particle proportion of main technical application and control to do empirical analysis.
Key words: soil particle proportion; Pycnometric method; buoyancy method; test technology
中图分类号: TU411
土粒比重是土的三大基本物理性指标(比重、密度、含水率)之一，它是换算土的六个基本物理性计算指标和评价土类的重要依据之一，土粒比重试验方法的应用直接决定着土的比重指标值，影响工程的土类评价。本文将就土粒比重试验方法的主要技术应用和控制做一经验分析。
一、比重试验的主要试验方法选择
土粒密度是指土的固体部分的单位体积的质量。土的固体部分质量可用精密天秤测得。相应之土粒的體积一般应用排除与土粒同体积之液体的体积方法测得。通常用比重瓶法测定土粒的体积，此法适用于粒径小于5mm或者含有少量5mm颗粒的土。比重试验的浮力法适用于粒径大于或等于5mm的土，且其中粒径大于或等于20mm的土质量应小于总土质量的10％。颗粒大于5mm的砾石、碎石等粗粒，颗粒本身有孔隙存在[1]。孔隙又分封闭的与开敞的两部分。浸水时开敞部分为水所填充，封闭部分水不能浸入。大于20mm粗粒较多时，采用本方法将增加试验设备，室内使用不便。因此，规定粒径大于5mm的试样中大于或等于20mm颗粒含量小于10％时用浮力法。
根据土的分散程度、矿物成分、水溶盐和有机质的含量又分别规定用纯水和中性液体测定。排气方法也根据介质的不同分别采用煮沸法和真空抽气法。在用比重法测定土粒体积时，必须注意所排除的液体体积确能代表固体颗粒的真实体积。土中含有气体，试验时必须把它排尽，否则影响测试精度，可用煮沸法或抽气法排除土内气体。若土中含有大量的可溶盐类、有机质、胶粒时，则可用中性液体，如煤油、汽油、甲苯和二甲苯，此时必须用抽气法排气。
比重试验方法的选择要根据试样的土类及粒度等因素进行判断，为了更好的进行分析，我们以比重瓶法的技术应用为重点就具体试样过程中的方法控制进行深入分析。二、比重瓶法试验方法主要技术应用和控制
1、仪器设备的选择
比重瓶容量选择为100(或50)mL大小。比较试验表明，瓶的大小对比重结果影响不大，但因100mL的比重瓶可以多取些试样，使试样的代表性和试验的精度提高，所以建议采用100mL的比重瓶，但也允许采用50mL的比重瓶。天平的称量200g，感量0.001g。恒温水槽灵敏度±1℃。砂浴、真空抽气设备、温度计（刻度为0～50℃，分度值为0.5℃）、烘箱、干燥容器、纯水、中性液体(如煤油)、孔径2mm及5mm筛、漏斗、滴管等。
2、比重瓶校正
主要有称量校正法和计算校正法。前一种方法精度比较高，后一种方法引入了某些假设，但一般认为对比重影响不大。下面以称量校正法为准，重点说明。
将比重瓶洗净、烘干，称比重瓶质量，准确至0.001g。将煮沸后冷却的纯水注入比重瓶。对长颈比重瓶注水至刻度处，对短颈比重瓶应注满纯水，塞紧瓶塞，多余水分自瓶塞毛细管中溢出。调节恒温水槽至5℃或10℃,然后将比重瓶放入恒温水槽内，直至瓶内水温稳定。取出比重瓶，擦干外壁，称瓶、水总质量，准确至0.001g。以5℃级差，调节恒温水槽的水温，逐级测定不同温度下的比重瓶、水总质量，至达到本地区最高自然气温为止。每级温度均应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.002g，取两次测值的平均值。绘制温度与瓶、水总质量的关系曲线。
3、试验方法控制
试样状态，规定用烘干土，也可用风干或天然湿度试样。一般规定有机质含量小于5％时，可以用纯水测定。
试样应先过2mm筛，将比重瓶烘干，将15g烘干土装入100mL比重瓶内(若用50mL比重瓶，装烘干土约12g)，称量。为排除土中空气，将已装有干土的比重瓶，注纯水至瓶的一半处，摇动比重瓶，再将瓶放在砂浴中煮沸，煮沸时间自悬液沸腾时算起，砂及低液限黏土应不少于30min，高液限黏土应不少于1h，使土粒分散[2]。注意沸腾后调节砂浴温度，不使土液溢出瓶外。
长颈比重瓶，用滴管调整液面恰至刻度处(以弯月面下缘为准)，擦干瓶外及瓶内壁刻度以上部分的水，称瓶+水+土总质量。称量后立即测出瓶内水的温度，准确至0.5℃。
根据测得的温度，从已绘制的温度与瓶、水总质量关系曲线中查得瓶+水总质量。如系砂土，煮沸时砂粒易跳出，允许用真空抽气法代替煮沸法排除土中空气。对含有某一定量的可溶盐、不亲性胶体或有机质的土，必须用中性液体(如煤油)测定，并用真空抽气法排除土中气体。真空压力表读数宜为l00kPa，抽气时间1~2h(直至悬液内无气泡为止)。
易溶盐含量小于0.5％时，用纯水和中性液体测得的比重几乎无差异。含盐量大于0.5％时，比重值可差1％以上。因此规定含盐量大于0.5％时，用中性液体测定。本试验称量应准确至0.001g。
4、结果整理
用蒸馏水测定时，按下式计算比重：
…（1）
m2=ms+瓶+水’m2=ms+瓶+水-排出水的重量m2=ms+瓶+水-排出水的体积×水密度m2=ms+瓶+水-排出水的体积×Gwtm2=ms+瓶+水-土颗粒的体积×Gwtm2=ms+瓶+水-ms/Gs×Gwtm2=ms+m1-ms/Gs×Gwtms/Gs×Gwt=ms+m1-m2Gs=ms/(m1+ms-m2)×Gwt用中性液体测定时，按下式计算比重： …(2)
5、精密度和允许差
本试验必须进行二次平行测定，取其算术平均值，以两位小数表示，其平行差值不得大于0.02。
6、经验总结
试样从烘箱取出后应放在干燥容器里冷却至室温，这个过程一定要严格把关，如果冷却温度比室温高，对试验结果影响较大，试验出来的数据会比实际的数据偏高，其差值在0.04以上。
在称量烘干试样放入比重瓶时，可先用架盘药物天平预称约15g试样放进比重瓶内，在用天平准确称量瓶土质量，这个过程虽然较为烦琐，但却比直接用天平称量15g试样放进比重瓶内节省时间，而且还能保护天平的干净，从而增加天平的使用寿命。（因为直接在天平内称量试样，总会有些试样不小心撒在天平的周围，使天平容易粘上土，天平容易出现故障。）
一般在称量烘干试样的同时可打开砂浴炉，使砂子预热，砂子的预热温度与试样有关，一般含砂较多的土，砂浴炉的预热温度不应过高，这样比重瓶放进砂浴炉不会过快沸腾，等悬液沸腾后，要立刻调节温度，温度不应过高，这样悬液就不宜沸出。其他粘度较高的土，预热温度可以高点，这样悬液会快点沸腾，减少试验的等待时间。
在悬液沸腾的过程中，要时刻注意比重瓶内的水，发现水量减少，要立刻用滴管滴入纯水，滴入的纯水需加热，如用的是冷水，会使比重瓶的瓶颈断裂。沸腾的悬液不能烧干，如发现烧干，需加入纯水重新煮至沸腾，不然会对试验结果影响较大。
悬液沸腾时间达到要求后，取出比重瓶，应先在室温内冷却一段时间，再加入纯水，加入的纯水一定是经过沸腾冷却后的，如果加入的纯水没经过煮沸，对试验的结果也会有一定的影响。
总结：
土料比重试验首先要根据土的物理分类和粒径大小选择合适的试验方法，在具体的试验过程中要重视细节处理。在用比重瓶法试验时要注意比重瓶的较正以及试验方法的细节控制，根据实际试验的经验，试样的冷却温度一定要和室温一样或比室温低，在称量烘干试样时可同时打开砂浴炉，但要注意根据试样的实际情况控制砂浴炉的预热温度；在往沸腾中的悬液加纯水时，应注意用热的纯水，悬液烧干后，应加入纯水重新煮沸；沸腾时间达到要求后，取出比重瓶需冷却一般时间后再加入经沸腾冷却后的纯水。
参考文献：
[1] 谢笑笑,胡涛.浅析比重瓶法实测土粒比重[J].浙江水利科技,2010,(5):41-42.DOI:10.3969/j.issn.1008-701X.2007.05.016.
[2] 周新力,段建章.土工试验中土粒比重试验方法改进的探讨[J].邵阳学院学报(自然科学版),2012,1(1):87-87.DOI:10.3969/j.issn.1672-7010.2012.01.035.
关键词：土粒比重；比重瓶法；浮力法；试验技术
Abstract: The application of soil particle proportion test method directly determines the proportion of the value of index of soil, soil types affect project evaluation. This paper focuses on the test methods of soil particle proportion of main technical application and control to do empirical analysis.
Key words: soil particle proportion; Pycnometric method; buoyancy method; test technology
中图分类号: TU411
土粒比重是土的三大基本物理性指标(比重、密度、含水率)之一，它是换算土的六个基本物理性计算指标和评价土类的重要依据之一，土粒比重试验方法的应用直接决定着土的比重指标值，影响工程的土类评价。本文将就土粒比重试验方法的主要技术应用和控制做一经验分析。
一、比重试验的主要试验方法选择
土粒密度是指土的固体部分的单位体积的质量。土的固体部分质量可用精密天秤测得。相应之土粒的體积一般应用排除与土粒同体积之液体的体积方法测得。通常用比重瓶法测定土粒的体积，此法适用于粒径小于5mm或者含有少量5mm颗粒的土。比重试验的浮力法适用于粒径大于或等于5mm的土，且其中粒径大于或等于20mm的土质量应小于总土质量的10％。颗粒大于5mm的砾石、碎石等粗粒，颗粒本身有孔隙存在[1]。孔隙又分封闭的与开敞的两部分。浸水时开敞部分为水所填充，封闭部分水不能浸入。大于20mm粗粒较多时，采用本方法将增加试验设备，室内使用不便。因此，规定粒径大于5mm的试样中大于或等于20mm颗粒含量小于10％时用浮力法。
根据土的分散程度、矿物成分、水溶盐和有机质的含量又分别规定用纯水和中性液体测定。排气方法也根据介质的不同分别采用煮沸法和真空抽气法。在用比重法测定土粒体积时，必须注意所排除的液体体积确能代表固体颗粒的真实体积。土中含有气体，试验时必须把它排尽，否则影响测试精度，可用煮沸法或抽气法排除土内气体。若土中含有大量的可溶盐类、有机质、胶粒时，则可用中性液体，如煤油、汽油、甲苯和二甲苯，此时必须用抽气法排气。
比重试验方法的选择要根据试样的土类及粒度等因素进行判断，为了更好的进行分析，我们以比重瓶法的技术应用为重点就具体试样过程中的方法控制进行深入分析。二、比重瓶法试验方法主要技术应用和控制
1、仪器设备的选择
比重瓶容量选择为100(或50)mL大小。比较试验表明，瓶的大小对比重结果影响不大，但因100mL的比重瓶可以多取些试样，使试样的代表性和试验的精度提高，所以建议采用100mL的比重瓶，但也允许采用50mL的比重瓶。天平的称量200g，感量0.001g。恒温水槽灵敏度±1℃。砂浴、真空抽气设备、温度计（刻度为0～50℃，分度值为0.5℃）、烘箱、干燥容器、纯水、中性液体(如煤油)、孔径2mm及5mm筛、漏斗、滴管等。
2、比重瓶校正
主要有称量校正法和计算校正法。前一种方法精度比较高，后一种方法引入了某些假设，但一般认为对比重影响不大。下面以称量校正法为准，重点说明。
将比重瓶洗净、烘干，称比重瓶质量，准确至0.001g。将煮沸后冷却的纯水注入比重瓶。对长颈比重瓶注水至刻度处，对短颈比重瓶应注满纯水，塞紧瓶塞，多余水分自瓶塞毛细管中溢出。调节恒温水槽至5℃或10℃,然后将比重瓶放入恒温水槽内，直至瓶内水温稳定。取出比重瓶，擦干外壁，称瓶、水总质量，准确至0.001g。以5℃级差，调节恒温水槽的水温，逐级测定不同温度下的比重瓶、水总质量，至达到本地区最高自然气温为止。每级温度均应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.002g，取两次测值的平均值。绘制温度与瓶、水总质量的关系曲线。
3、试验方法控制
试样状态，规定用烘干土，也可用风干或天然湿度试样。一般规定有机质含量小于5％时，可以用纯水测定。
试样应先过2mm筛，将比重瓶烘干，将15g烘干土装入100mL比重瓶内(若用50mL比重瓶，装烘干土约12g)，称量。为排除土中空气，将已装有干土的比重瓶，注纯水至瓶的一半处，摇动比重瓶，再将瓶放在砂浴中煮沸，煮沸时间自悬液沸腾时算起，砂及低液限黏土应不少于30min，高液限黏土应不少于1h，使土粒分散[2]。注意沸腾后调节砂浴温度，不使土液溢出瓶外。
长颈比重瓶，用滴管调整液面恰至刻度处(以弯月面下缘为准)，擦干瓶外及瓶内壁刻度以上部分的水，称瓶+水+土总质量。称量后立即测出瓶内水的温度，准确至0.5℃。
根据测得的温度，从已绘制的温度与瓶、水总质量关系曲线中查得瓶+水总质量。如系砂土，煮沸时砂粒易跳出，允许用真空抽气法代替煮沸法排除土中空气。对含有某一定量的可溶盐、不亲性胶体或有机质的土，必须用中性液体(如煤油)测定，并用真空抽气法排除土中气体。真空压力表读数宜为l00kPa，抽气时间1~2h(直至悬液内无气泡为止)。
易溶盐含量小于0.5％时，用纯水和中性液体测得的比重几乎无差异。含盐量大于0.5％时，比重值可差1％以上。因此规定含盐量大于0.5％时，用中性液体测定。本试验称量应准确至0.001g。
4、结果整理
用蒸馏水测定时，按下式计算比重：
…（1）
m2=ms+瓶+水’m2=ms+瓶+水-排出水的重量m2=ms+瓶+水-排出水的体积×水密度m2=ms+瓶+水-排出水的体积×Gwtm2=ms+瓶+水-土颗粒的体积×Gwtm2=ms+瓶+水-ms/Gs×Gwtm2=ms+m1-ms/Gs×Gwtms/Gs×Gwt=ms+m1-m2Gs=ms/(m1+ms-m2)×Gwt用中性液体测定时，按下式计算比重： …(2)
5、精密度和允许差
本试验必须进行二次平行测定，取其算术平均值，以两位小数表示，其平行差值不得大于0.02。
6、经验总结
试样从烘箱取出后应放在干燥容器里冷却至室温，这个过程一定要严格把关，如果冷却温度比室温高，对试验结果影响较大，试验出来的数据会比实际的数据偏高，其差值在0.04以上。
在称量烘干试样放入比重瓶时，可先用架盘药物天平预称约15g试样放进比重瓶内，在用天平准确称量瓶土质量，这个过程虽然较为烦琐，但却比直接用天平称量15g试样放进比重瓶内节省时间，而且还能保护天平的干净，从而增加天平的使用寿命。（因为直接在天平内称量试样，总会有些试样不小心撒在天平的周围，使天平容易粘上土，天平容易出现故障。）
一般在称量烘干试样的同时可打开砂浴炉，使砂子预热，砂子的预热温度与试样有关，一般含砂较多的土，砂浴炉的预热温度不应过高，这样比重瓶放进砂浴炉不会过快沸腾，等悬液沸腾后，要立刻调节温度，温度不应过高，这样悬液就不宜沸出。其他粘度较高的土，预热温度可以高点，这样悬液会快点沸腾，减少试验的等待时间。
在悬液沸腾的过程中，要时刻注意比重瓶内的水，发现水量减少，要立刻用滴管滴入纯水，滴入的纯水需加热，如用的是冷水，会使比重瓶的瓶颈断裂。沸腾的悬液不能烧干，如发现烧干，需加入纯水重新煮至沸腾，不然会对试验结果影响较大。
悬液沸腾时间达到要求后，取出比重瓶，应先在室温内冷却一段时间，再加入纯水，加入的纯水一定是经过沸腾冷却后的，如果加入的纯水没经过煮沸，对试验的结果也会有一定的影响。
总结：
土料比重试验首先要根据土的物理分类和粒径大小选择合适的试验方法，在具体的试验过程中要重视细节处理。在用比重瓶法试验时要注意比重瓶的较正以及试验方法的细节控制，根据实际试验的经验，试样的冷却温度一定要和室温一样或比室温低，在称量烘干试样时可同时打开砂浴炉，但要注意根据试样的实际情况控制砂浴炉的预热温度；在往沸腾中的悬液加纯水时，应注意用热的纯水，悬液烧干后，应加入纯水重新煮沸；沸腾时间达到要求后，取出比重瓶需冷却一般时间后再加入经沸腾冷却后的纯水。
参考文献：
[1] 谢笑笑,胡涛.浅析比重瓶法实测土粒比重[J].浙江水利科技,2010,(5):41-42.DOI:10.3969/j.issn.1008-701X.2007.05.016.
[2] 周新力,段建章.土工试验中土粒比重试验方法改进的探讨[J].邵阳学院学报(自然科学版),2012,1(1):87-87.DOI:10.3969/j.issn.1672-7010.2012.01.035.