密度計法顆粒分析試驗的后水篩法和先水篩法比較分析

摘要：對比密度計法顆粒分析試驗的先水篩法和后水篩法，對兩種不同模式下粒徑分布曲線中存在差異的原因進行研究和綜合，以獲取密度計法顆粒分析試驗中應用后水篩法的可行性。經過一定的試驗研究表明，后水篩法的應用過程中沒有濾出的大顆粒在懸液中會出現下沉現象，對比重計讀數造成影響，并且會夾帶粘粒下沉，導致試驗結果出現誤差。相同土樣的兩組粒徑分布曲線之間存在較好的相關性，需要經過準確的粘粒含量校正之后，才能保證后水篩法在生產性試驗中的良好應用。

關鍵詞：密度計法；顆粒分析試驗；后水篩法；先水篩法

中圖分類號：TU411 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0012-02

密度計法是一種有效的土顆粒分析方法，被列入了我國的《土工試驗方法標準》，目前是我國實驗室在進行顆粒分析試驗的時候應用的一種主要分析方法。分析過渡類土顆粒的時候，在國內外中，主要是應用兩種不同的試驗模式進行。先水篩法：針對不超過2mm部分的土顆粒，先應用篩分析法，最后應用0.075mm水篩，進行實驗，計算底盤土的密度。后水篩法：針對小于2mm部分的土直接應用密度計試驗，然后應用水篩法，對不同級的砂粒的含量百分比進行篩選。

1 密度計法顆粒分析試驗的后水篩法和先水篩法比較

先水篩法是在我國應用比較廣泛的一種方法，在相關的國家標準和相關的土工試驗規范中都有應用的要求。相對來說，對后水篩法的應用比較少。但是，在一定的試驗過程中，按照一定的應用標準和規定應用先水篩法，將制備好的懸液過0.075mm水篩的時候，耗費了大量的時間和物力，而且控制懸液在1000mL以內較為困難。而應用后水篩法時，則比較容易進行操作，不會存在清洗的懸液超過1000mL的現象。所以，本文針對這兩種不同的方法模式，進行對比分析，對相同土樣的粒徑分布應用不同的分析試驗模式進行研究，探求兩種粒徑分布曲線之間的差異，為后水篩法在實際生產型試驗中應用的可行性奠定基礎。試驗設置如下：

1.1 試驗步驟

取5個相同土樣，烘干然后研散。將相同的土樣通過2mm篩，選取篩下的土樣，平均分為2份為A、B組，每份30g，貼上標簽。A組為A1，A2，A3，A4，A5；B組分為B1，B2，B3，B4，B5。將試樣倒入錐形瓶中，分別添加一定量的分散劑，劑量為10mL，加入純水200mL，浸泡過夜之后，煮沸40分鐘，然后冷卻。

1.2 A組試樣

對于A組試樣，需要進行研磨和攪拌，研磨的時候，必須應用帶有橡皮頭的研杵。然后進行洗篩，主要是在0.075mm的洗篩中倒入錐形瓶中的懸液和土顆粒，用水全部洗入錐形瓶內的土粒直至洗入洗篩，把洗篩稍微傾斜，使洗篩上的沉淀物在一側集中。按照這種方法進行反復實踐，直到洗下澄清的懸液。沖洗篩漏斗側壁的懸液，主要利用膠頭完成。沖洗入量筒之后，加入純水至1000mL。洗篩篩上的土顆粒，洗入器皿中，然后烘干。烘干之后，過0.075mm、0.25mm、0.5mm、1mm篩，進行稱量和記錄。

1.3 B組試樣

針對B組進行試樣，需要試驗人員在量筒內倒入錐形瓶內的懸液和土顆粒，水洗錐形瓶內的土粒。對兩組試樣進行對比分析可知：按照我國《土工試驗方法標準》中的相關要求和標準，攪拌懸液，對140、120、30、5min和1h的密度計度數進行測試。記錄后進行洗篩，主要是0.075mm洗篩，洗篩對象為B組的試樣量筒中的土顆粒和懸液，充分水洗篩中的土顆粒，然后吸入器皿中，進行烘干。在烘干之后，過0.075、0.25、0.5和1篩，完成相應的稱量和記錄。

2 后水篩法和先水篩法計算結果

2.1 后水篩法和先水篩法計算結果

按照我國《土木試驗方法標準》中對甲種密度計的百分數和粒徑計算公式，實現對A組和B組兩組試樣的粒徑及其對應的小于該粒徑的百分數進行計算，并且繪制出相關的粒徑分布曲線圖，以便于進行相關的研究。計算密度的時候，Stokes定律是基本的理論基礎，通過這項定律可知：在液體中，土粒依靠自身重量下沉的時候，顆粒較大的下沉速度比較快，而顆粒較小的下沉速度比較慢。如果在液體中依靠自重下沉的是粒徑處于0.2～0.002mm的顆粒，其下沉速率保持恒定。我國《土木試驗方法標準》中對顆粒粒徑進行計算的公式為：

本次進行試驗的過程中，初始平均溫度為19℃，經過一定的查詢和探討可知，η=1.035，所以當d=0.075mm的時候，根據顆粒粒徑的計算公式可以進行相關的計算，計算出該粒徑對應的下沉速度為v0.075=0.485cm/s。在本次的試驗過程中，應用到的所有量筒的全容量刻線高度都是35cm，忽略刻度誤差不進行計算。當t=（35/0.485）=72.2s之后，B組試樣中，所有沉到量筒底部的顆粒，粒徑都超過0.075mm。所以，在進行試驗的過程中，B組試樣中超過0.075mm的顆粒下沉到量筒底部，不會影響140、120、30、5、2min時的密度計讀數。

2.2 分析兩組試樣計算結果

對上述10組顆粒進行試驗，并且對計算結果進行分析發現：對試驗過程中出現的儀器誤差和操作誤差等情況進行忽略不計，分析A組試樣和B組試樣的顆粒粒徑計算結果，出現一致性。按照密度計讀數對粒徑進行計算，分析其粒徑分布曲線可知，粒徑相同，對應的A組試樣百分數略微高于B組試樣百分數。結合A組試樣和B組試樣的計算結果和試驗的原理，得出以下結論：

2.2.1 按照試驗后所繪的粒徑分布曲線圖可知，B組試樣的粒徑分布曲線出現陡降趨勢，主要是處于0.075～0.05mm之間。對不同粒徑范圍的顆粒質量進行計算，計算結果顯示，B組試樣的顆粒含量在0.075～0.05mm粒徑范圍的時候，明顯高于A組試樣的顆粒含量。由此看可知，在超過0.075mm的時候，B組試樣中的顆粒下沉，會對1mim時的密度計數造成一定的影響。

2.2.2 根據不同粒徑范圍的顆粒質量計算結果可以看出，顆粒粒徑小于0.005mm的時候，A組試樣的粘粒含量，明顯超過了B組試樣。這種現象的主要原因是，沒有濾出B組試樣懸液中，超過0.075mm的顆粒，導致懸液的濃度比較大，在進行測試的時候，顆粒之間發生碰撞，甚至結合成團沉降，對粘粒的下沉造成影響，所以得到的粘粒含量比較小。

3 總結

在土工試驗中進行顆粒分析，具有較長的周期，可以保持顆分試驗的穩定性，并縮短試驗周期，提高了整個項目的工作效率，有利于促進項目的順利完成。根據《土工試驗方法標準》對后水篩法的步驟進行調整，可以縮短懸液的制備時間，具有較高的可行性，可應用于生產性試驗。

參考文獻

[1] 彭強，李鈾，彭意.靜水沉降顆分的計算原理及試驗方法的對比[J].土工基礎，2007，21（2）.

[2] 任麗元，賴東波，武冬梅.粘土中膠粒對密度計法顆粒分析試驗的影響的探討[J].山東水利，2008，（10）.

[3] 楊斌娟，張波.密度計法試驗土用量規定的討論[J].上海地質，2004，（2）.

[4] 梅夢夢，李筱艷，陳松.密度計法顆粒分析試驗后水篩法研究[J].低溫建筑技術，2013，30（10）.

作者簡介：盧新平，甘肅天水人，甘肅省地礦局第四勘查院實驗測試工程師，研究方向：土工試驗。

摘要：對比密度計法顆粒分析試驗的先水篩法和后水篩法，對兩種不同模式下粒徑分布曲線中存在差異的原因進行研究和綜合，以獲取密度計法顆粒分析試驗中應用后水篩法的可行性。經過一定的試驗研究表明，后水篩法的應用過程中沒有濾出的大顆粒在懸液中會出現下沉現象，對比重計讀數造成影響，并且會夾帶粘粒下沉，導致試驗結果出現誤差。相同土樣的兩組粒徑分布曲線之間存在較好的相關性，需要經過準確的粘粒含量校正之后，才能保證后水篩法在生產性試驗中的良好應用。

關鍵詞：密度計法；顆粒分析試驗；后水篩法；先水篩法

中圖分類號：TU411 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0012-02

密度計法是一種有效的土顆粒分析方法，被列入了我國的《土工試驗方法標準》，目前是我國實驗室在進行顆粒分析試驗的時候應用的一種主要分析方法。分析過渡類土顆粒的時候，在國內外中，主要是應用兩種不同的試驗模式進行。先水篩法：針對不超過2mm部分的土顆粒，先應用篩分析法，最后應用0.075mm水篩，進行實驗，計算底盤土的密度。后水篩法：針對小于2mm部分的土直接應用密度計試驗，然后應用水篩法，對不同級的砂粒的含量百分比進行篩選。

1 密度計法顆粒分析試驗的后水篩法和先水篩法比較

先水篩法是在我國應用比較廣泛的一種方法，在相關的國家標準和相關的土工試驗規范中都有應用的要求。相對來說，對后水篩法的應用比較少。但是，在一定的試驗過程中，按照一定的應用標準和規定應用先水篩法，將制備好的懸液過0.075mm水篩的時候，耗費了大量的時間和物力，而且控制懸液在1000mL以內較為困難。而應用后水篩法時，則比較容易進行操作，不會存在清洗的懸液超過1000mL的現象。所以，本文針對這兩種不同的方法模式，進行對比分析，對相同土樣的粒徑分布應用不同的分析試驗模式進行研究，探求兩種粒徑分布曲線之間的差異，為后水篩法在實際生產型試驗中應用的可行性奠定基礎。試驗設置如下：

1.1 試驗步驟

取5個相同土樣，烘干然后研散。將相同的土樣通過2mm篩，選取篩下的土樣，平均分為2份為A、B組，每份30g，貼上標簽。A組為A1，A2，A3，A4，A5；B組分為B1，B2，B3，B4，B5。將試樣倒入錐形瓶中，分別添加一定量的分散劑，劑量為10mL，加入純水200mL，浸泡過夜之后，煮沸40分鐘，然后冷卻。

1.2 A組試樣

對于A組試樣，需要進行研磨和攪拌，研磨的時候，必須應用帶有橡皮頭的研杵。然后進行洗篩，主要是在0.075mm的洗篩中倒入錐形瓶中的懸液和土顆粒，用水全部洗入錐形瓶內的土粒直至洗入洗篩，把洗篩稍微傾斜，使洗篩上的沉淀物在一側集中。按照這種方法進行反復實踐，直到洗下澄清的懸液。沖洗篩漏斗側壁的懸液，主要利用膠頭完成。沖洗入量筒之后，加入純水至1000mL。洗篩篩上的土顆粒，洗入器皿中，然后烘干。烘干之后，過0.075mm、0.25mm、0.5mm、1mm篩，進行稱量和記錄。

1.3 B組試樣

針對B組進行試樣，需要試驗人員在量筒內倒入錐形瓶內的懸液和土顆粒，水洗錐形瓶內的土粒。對兩組試樣進行對比分析可知：按照我國《土工試驗方法標準》中的相關要求和標準，攪拌懸液，對140、120、30、5min和1h的密度計度數進行測試。記錄后進行洗篩，主要是0.075mm洗篩，洗篩對象為B組的試樣量筒中的土顆粒和懸液，充分水洗篩中的土顆粒，然后吸入器皿中，進行烘干。在烘干之后，過0.075、0.25、0.5和1篩，完成相應的稱量和記錄。

2 后水篩法和先水篩法計算結果

2.1 后水篩法和先水篩法計算結果

按照我國《土木試驗方法標準》中對甲種密度計的百分數和粒徑計算公式，實現對A組和B組兩組試樣的粒徑及其對應的小于該粒徑的百分數進行計算，并且繪制出相關的粒徑分布曲線圖，以便于進行相關的研究。計算密度的時候，Stokes定律是基本的理論基礎，通過這項定律可知：在液體中，土粒依靠自身重量下沉的時候，顆粒較大的下沉速度比較快，而顆粒較小的下沉速度比較慢。如果在液體中依靠自重下沉的是粒徑處于0.2～0.002mm的顆粒，其下沉速率保持恒定。我國《土木試驗方法標準》中對顆粒粒徑進行計算的公式為：

本次進行試驗的過程中，初始平均溫度為19℃，經過一定的查詢和探討可知，η=1.035，所以當d=0.075mm的時候，根據顆粒粒徑的計算公式可以進行相關的計算，計算出該粒徑對應的下沉速度為v0.075=0.485cm/s。在本次的試驗過程中，應用到的所有量筒的全容量刻線高度都是35cm，忽略刻度誤差不進行計算。當t=（35/0.485）=72.2s之后，B組試樣中，所有沉到量筒底部的顆粒，粒徑都超過0.075mm。所以，在進行試驗的過程中，B組試樣中超過0.075mm的顆粒下沉到量筒底部，不會影響140、120、30、5、2min時的密度計讀數。

2.2 分析兩組試樣計算結果

對上述10組顆粒進行試驗，并且對計算結果進行分析發現：對試驗過程中出現的儀器誤差和操作誤差等情況進行忽略不計，分析A組試樣和B組試樣的顆粒粒徑計算結果，出現一致性。按照密度計讀數對粒徑進行計算，分析其粒徑分布曲線可知，粒徑相同，對應的A組試樣百分數略微高于B組試樣百分數。結合A組試樣和B組試樣的計算結果和試驗的原理，得出以下結論：

2.2.1 按照試驗后所繪的粒徑分布曲線圖可知，B組試樣的粒徑分布曲線出現陡降趨勢，主要是處于0.075～0.05mm之間。對不同粒徑范圍的顆粒質量進行計算，計算結果顯示，B組試樣的顆粒含量在0.075～0.05mm粒徑范圍的時候，明顯高于A組試樣的顆粒含量。由此看可知，在超過0.075mm的時候，B組試樣中的顆粒下沉，會對1mim時的密度計數造成一定的影響。

2.2.2 根據不同粒徑范圍的顆粒質量計算結果可以看出，顆粒粒徑小于0.005mm的時候，A組試樣的粘粒含量，明顯超過了B組試樣。這種現象的主要原因是，沒有濾出B組試樣懸液中，超過0.075mm的顆粒，導致懸液的濃度比較大，在進行測試的時候，顆粒之間發生碰撞，甚至結合成團沉降，對粘粒的下沉造成影響，所以得到的粘粒含量比較小。

3 總結

在土工試驗中進行顆粒分析，具有較長的周期，可以保持顆分試驗的穩定性，并縮短試驗周期，提高了整個項目的工作效率，有利于促進項目的順利完成。根據《土工試驗方法標準》對后水篩法的步驟進行調整，可以縮短懸液的制備時間，具有較高的可行性，可應用于生產性試驗。

參考文獻

[1] 彭強，李鈾，彭意.靜水沉降顆分的計算原理及試驗方法的對比[J].土工基礎，2007，21（2）.

[2] 任麗元，賴東波，武冬梅.粘土中膠粒對密度計法顆粒分析試驗的影響的探討[J].山東水利，2008，（10）.

[3] 楊斌娟，張波.密度計法試驗土用量規定的討論[J].上海地質，2004，（2）.

[4] 梅夢夢，李筱艷，陳松.密度計法顆粒分析試驗后水篩法研究[J].低溫建筑技術，2013，30（10）.

作者簡介：盧新平，甘肅天水人，甘肅省地礦局第四勘查院實驗測試工程師，研究方向：土工試驗。

摘要：對比密度計法顆粒分析試驗的先水篩法和后水篩法，對兩種不同模式下粒徑分布曲線中存在差異的原因進行研究和綜合，以獲取密度計法顆粒分析試驗中應用后水篩法的可行性。經過一定的試驗研究表明，后水篩法的應用過程中沒有濾出的大顆粒在懸液中會出現下沉現象，對比重計讀數造成影響，并且會夾帶粘粒下沉，導致試驗結果出現誤差。相同土樣的兩組粒徑分布曲線之間存在較好的相關性，需要經過準確的粘粒含量校正之后，才能保證后水篩法在生產性試驗中的良好應用。

關鍵詞：密度計法；顆粒分析試驗；后水篩法；先水篩法

中圖分類號：TU411 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0012-02

密度計法是一種有效的土顆粒分析方法，被列入了我國的《土工試驗方法標準》，目前是我國實驗室在進行顆粒分析試驗的時候應用的一種主要分析方法。分析過渡類土顆粒的時候，在國內外中，主要是應用兩種不同的試驗模式進行。先水篩法：針對不超過2mm部分的土顆粒，先應用篩分析法，最后應用0.075mm水篩，進行實驗，計算底盤土的密度。后水篩法：針對小于2mm部分的土直接應用密度計試驗，然后應用水篩法，對不同級的砂粒的含量百分比進行篩選。

1 密度計法顆粒分析試驗的后水篩法和先水篩法比較

先水篩法是在我國應用比較廣泛的一種方法，在相關的國家標準和相關的土工試驗規范中都有應用的要求。相對來說，對后水篩法的應用比較少。但是，在一定的試驗過程中，按照一定的應用標準和規定應用先水篩法，將制備好的懸液過0.075mm水篩的時候，耗費了大量的時間和物力，而且控制懸液在1000mL以內較為困難。而應用后水篩法時，則比較容易進行操作，不會存在清洗的懸液超過1000mL的現象。所以，本文針對這兩種不同的方法模式，進行對比分析，對相同土樣的粒徑分布應用不同的分析試驗模式進行研究，探求兩種粒徑分布曲線之間的差異，為后水篩法在實際生產型試驗中應用的可行性奠定基礎。試驗設置如下：

1.1 試驗步驟

取5個相同土樣，烘干然后研散。將相同的土樣通過2mm篩，選取篩下的土樣，平均分為2份為A、B組，每份30g，貼上標簽。A組為A1，A2，A3，A4，A5；B組分為B1，B2，B3，B4，B5。將試樣倒入錐形瓶中，分別添加一定量的分散劑，劑量為10mL，加入純水200mL，浸泡過夜之后，煮沸40分鐘，然后冷卻。

1.2 A組試樣

對于A組試樣，需要進行研磨和攪拌，研磨的時候，必須應用帶有橡皮頭的研杵。然后進行洗篩，主要是在0.075mm的洗篩中倒入錐形瓶中的懸液和土顆粒，用水全部洗入錐形瓶內的土粒直至洗入洗篩，把洗篩稍微傾斜，使洗篩上的沉淀物在一側集中。按照這種方法進行反復實踐，直到洗下澄清的懸液。沖洗篩漏斗側壁的懸液，主要利用膠頭完成。沖洗入量筒之后，加入純水至1000mL。洗篩篩上的土顆粒，洗入器皿中，然后烘干。烘干之后，過0.075mm、0.25mm、0.5mm、1mm篩，進行稱量和記錄。

1.3 B組試樣

針對B組進行試樣，需要試驗人員在量筒內倒入錐形瓶內的懸液和土顆粒，水洗錐形瓶內的土粒。對兩組試樣進行對比分析可知：按照我國《土工試驗方法標準》中的相關要求和標準，攪拌懸液，對140、120、30、5min和1h的密度計度數進行測試。記錄后進行洗篩，主要是0.075mm洗篩，洗篩對象為B組的試樣量筒中的土顆粒和懸液，充分水洗篩中的土顆粒，然后吸入器皿中，進行烘干。在烘干之后，過0.075、0.25、0.5和1篩，完成相應的稱量和記錄。

2 后水篩法和先水篩法計算結果

2.1 后水篩法和先水篩法計算結果

按照我國《土木試驗方法標準》中對甲種密度計的百分數和粒徑計算公式，實現對A組和B組兩組試樣的粒徑及其對應的小于該粒徑的百分數進行計算，并且繪制出相關的粒徑分布曲線圖，以便于進行相關的研究。計算密度的時候，Stokes定律是基本的理論基礎，通過這項定律可知：在液體中，土粒依靠自身重量下沉的時候，顆粒較大的下沉速度比較快，而顆粒較小的下沉速度比較慢。如果在液體中依靠自重下沉的是粒徑處于0.2～0.002mm的顆粒，其下沉速率保持恒定。我國《土木試驗方法標準》中對顆粒粒徑進行計算的公式為：

本次進行試驗的過程中，初始平均溫度為19℃，經過一定的查詢和探討可知，η=1.035，所以當d=0.075mm的時候，根據顆粒粒徑的計算公式可以進行相關的計算，計算出該粒徑對應的下沉速度為v0.075=0.485cm/s。在本次的試驗過程中，應用到的所有量筒的全容量刻線高度都是35cm，忽略刻度誤差不進行計算。當t=（35/0.485）=72.2s之后，B組試樣中，所有沉到量筒底部的顆粒，粒徑都超過0.075mm。所以，在進行試驗的過程中，B組試樣中超過0.075mm的顆粒下沉到量筒底部，不會影響140、120、30、5、2min時的密度計讀數。

2.2 分析兩組試樣計算結果

對上述10組顆粒進行試驗，并且對計算結果進行分析發現：對試驗過程中出現的儀器誤差和操作誤差等情況進行忽略不計，分析A組試樣和B組試樣的顆粒粒徑計算結果，出現一致性。按照密度計讀數對粒徑進行計算，分析其粒徑分布曲線可知，粒徑相同，對應的A組試樣百分數略微高于B組試樣百分數。結合A組試樣和B組試樣的計算結果和試驗的原理，得出以下結論：

2.2.1 按照試驗后所繪的粒徑分布曲線圖可知，B組試樣的粒徑分布曲線出現陡降趨勢，主要是處于0.075～0.05mm之間。對不同粒徑范圍的顆粒質量進行計算，計算結果顯示，B組試樣的顆粒含量在0.075～0.05mm粒徑范圍的時候，明顯高于A組試樣的顆粒含量。由此看可知，在超過0.075mm的時候，B組試樣中的顆粒下沉，會對1mim時的密度計數造成一定的影響。

2.2.2 根據不同粒徑范圍的顆粒質量計算結果可以看出，顆粒粒徑小于0.005mm的時候，A組試樣的粘粒含量，明顯超過了B組試樣。這種現象的主要原因是，沒有濾出B組試樣懸液中，超過0.075mm的顆粒，導致懸液的濃度比較大，在進行測試的時候，顆粒之間發生碰撞，甚至結合成團沉降，對粘粒的下沉造成影響，所以得到的粘粒含量比較小。

3 總結

在土工試驗中進行顆粒分析，具有較長的周期，可以保持顆分試驗的穩定性，并縮短試驗周期，提高了整個項目的工作效率，有利于促進項目的順利完成。根據《土工試驗方法標準》對后水篩法的步驟進行調整，可以縮短懸液的制備時間，具有較高的可行性，可應用于生產性試驗。

參考文獻

[1] 彭強，李鈾，彭意.靜水沉降顆分的計算原理及試驗方法的對比[J].土工基礎，2007，21（2）.

[2] 任麗元，賴東波，武冬梅.粘土中膠粒對密度計法顆粒分析試驗的影響的探討[J].山東水利，2008，（10）.

[3] 楊斌娟，張波.密度計法試驗土用量規定的討論[J].上海地質，2004，（2）.

[4] 梅夢夢，李筱艷，陳松.密度計法顆粒分析試驗后水篩法研究[J].低溫建筑技術，2013，30（10）.

作者簡介：盧新平，甘肅天水人，甘肅省地礦局第四勘查院實驗測試工程師，研究方向：土工試驗。