基本介紹
- 中文名：土粒相對密度
- 外文名：relativedensity of particle
- 別名：土粒比重
- 測定方法：比重瓶法、浮稱法、虹吸筒法
- 特點：取決於礦物成分、同類相差不大
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定義
土粒密度與同體積4℃時水的密度之比稱為土粒比重，它在數值上等於單位體積土粒的質量。顆粒比重的大小取決於土的礦物成分。有機質土的土粒比重為2.4～2.5，泥炭土的土粒比重為1.5～1.8，含鐵質較多黏性土的土粒比重為2.8～3.0。同一種類的土，其顆粒比重變化幅度較小，由於顆粒變化的幅度不大，通常可按經驗數值選用。測定土粒比重，可為計算土的孔隙比、飽和度以及土的其他物理力學試驗（如顆粒分析的密度計法試驗、固結試驗等）提供必需的數據。對小於、等於或大於5mm顆粒組成的土，應分別採用比重瓶法、浮稱法和虹吸筒法測定比重。
比重瓶法
目的
土粒質量密度試驗的目的是測定土粒密度，因為它是土的物理性質最基本的指標之一。
1．由土粒密度的大小可大致判定土中是否存在有某種重造岩礦物或有機物質，即可定性分析土的礦物成分。
2．可為土的孔隙比、孔隙度、飽和度等的計算提供基本數據。
3．用於擊實試驗中計算飽和含水量及估算最大幹容重。
原理
由土粒密度定義可知，需求出固體顆粒的質量和體積即可，而關鍵的關鍵是求出固體顆粒的體積，可用比重瓶，推算出固體顆粒排出的液體體積，便可得出結論，比重瓶法就是利用這個原理。
儀器設備
1．比重瓶：容量為50mL或100mL兩種形式，另外還有長頸比重瓶和短頸比重瓶之分，長頸比重瓶在瓶頸上有刻度。短頸比重瓶的瓶塞中間有毛細孔道，是液體溢出的通道，詳見圖1。
圖1 比重瓶示意圖
圖1 比重瓶示意圖2．天平：稱量200g，感量0.001g。
3．其他用品：烘箱、蒸餾水，中性液體（如煤油等）；孔徑為5mm篩；漏斗、滴管；恆溫水槽（靈敏度為±1℃）；砂浴；真空抽氣機設備；溫度計（測量範圍0～50℃，精至0.5℃）。
試驗步驟
1．記錄比重瓶的編號，並稱其質量m1，精確至0.001g，以下皆用此精度要求。
2．將經過5mm篩的土樣在105～110℃的溫度下烘至恆重（烘至相隔1～2h，其質量不再減少為止），然後稱取10～15g，放入晾乾的比重瓶內，加上瓶塞，稱準質量為m2。
3．去掉瓶塞，注入蒸餾水達比重瓶容積的一半，搖動比重瓶，並將比重瓶放在砂浴上煮沸，煮沸時間自懸液沸騰時算起，砂及亞砂土不少於30min，黏土及亞黏土應不少於60min，使土粒完全分散，並全部排除土體內的氣體。
4．將比重瓶冷卻至規定的溫度（15～20℃），然後再裝滿蒸餾水，加瓶塞使水由塞孔中溢出，之後擦乾瓶與塞稱準質量為m3。
5．倒淨比重瓶中的水與土，沖洗乾淨，然後再裝滿蒸餾水，加塞使水由塞孔中溢出，擦乾瓶與塞稱準質量為m4。
6．本試驗須進行兩次平行測定，然後取其算術平均值。以兩位小數表示，其平行差值不得大於0.02。
注意事項
1．本試驗最好採用100mL的比重瓶，但也允許採用50mL的比重瓶。
2．用比重瓶測定土粒密度，絕大多數都採用烘乾土，但對有機質含量高的土可不予以烘乾即作試驗，待試驗結束後，再測定試樣的烘乾質量。
3．試驗用的液體，規定為經煮沸並冷卻的脫氣蒸餾水，要求水質純度高，不含任何被溶解的固體物質。
4．排氣方法，以煮沸法為主，當土中含有可溶鹽分時，或親水性膠體或是有機物時，則不能用蒸餾水，以免出現試驗誤差，所以須用中性溶液（如採用煤油，也有採用酒精或是苯的），並採用真空抽氣法代替煮沸法，以排出土中的氣體。抽氣時真空度必須接近一個大氣壓，一般從達到該真空度時算起，抽氣時間約為1～2小時，直至懸液中無氣泡逸出為止，那么在計算時要將計算式乘以中性溶液的密度值。
5．同一種黏性土的土粒密度，從冬季到夏季隨著大氣溫度升高及水蒸氣壓力增大而減少，砂性土則影響極小。這樣建議對黏性土用控制烘箱相對溫度相等的方法進行測定土粒密度。
6．比重瓶試驗的計算式中的m3與m4必須在同一溫度下稱重，而m2與m1的稱取與溫度無關。
7．本試驗可以在4～20℃之間任一恆溫下進行都是誤差許可的範圍。
8．加水加塞稱重時，應注意塞孔中不得存面有氣泡，以免造成誤差。
9．比重瓶必須每年至少校正一次，並經常抽查。因為比重瓶的玻璃在不同的溫度下會產生脹縮，而且水在不同溫度下的密度也各不相同，因此比重瓶盛裝液體至一定標記處的質量是隨溫度的變化而變化的。
浮稱法
浮稱法適用於粒徑不小於5mm，且其中粒徑大於20mm的土質量小於總土質量10%的各類土。浮稱法所測結果較為穩定，但大於20mm的粗粒較多時，用本方法將增加試驗設備，室內使用不便，故規定粒徑大於5mm的試樣中20mm的顆粒小於10%時使用浮稱法。
儀器設備
1．鐵絲筐：孔徑小於5mm，邊長為10～15cm，高為10～20cm。
圖2
圖22．盛水容器：尺寸應大於鐵絲筐。
3．浮稱天平：如圖2，稱量2000g，最小分度值0.5g。
試驗步驟
1.調平天平，稱取代表性試樣500～1000g。將試樣表面清洗乾淨，浸入水中一晝夜後取出。調平浮稱天平，把浸泡過的試樣放入鐵絲筐，並緩慢地將鐵絲筐浸沒於水中，在水中搖動至試樣中無氣泡逸出。
2.稱量鐵絲筐和試樣在水中的質量，取出試樣烘乾，並稱量烘乾試樣質量。
3．稱量鐵絲筐在水中的質量，並測定盛水容器內水溫，精確至0.5℃。
虹吸筒法
虹吸筒法適用於粒徑不小於5mm且粒徑大於20mm的土質量大於等於總土質量10%的各類土比重測定。虹吸筒法測量結果不穩定，因為粗顆粒的實體積測不準，測得的比重值一般偏小。只有在粒徑大於5mm的試樣中20mm的顆粒大於等於10%時，才使用虹吸筒法。使用虹吸筒法測定比重時，要特別注意排氣，因粗顆粒內部包含著封閉孔隙。
儀器設備
1．虹吸簡裝置：如圖3，由虹吸筒和虹吸管組成。2．天平：稱量1000g，最小分度值0.1g。
3．量筒：容積應大於500mL。
試驗步驟
1．稱取代表性試樣700～1000g，試樣應清洗乾淨。浸入水中一晝夜後取出晾乾，對大顆粒試樣宜用於布擦乾表面，並稱量晾乾試樣質量。2．將清水注入虹吸筒至虹吸管口，有水溢出時關管夾。試樣緩緩放入虹吸筒中，邊放邊攪拌，至樣中無氣泡逸出為止，攪動時水不得濺出筒外。
圖3
圖33．當虹吸筒內水面平穩時打開管夾，讓試樣排開的水通過虹吸管流人量筒。稱量筒與水總質量，精確至0.5g。測定量筒內水溫，精確至0.5℃。
4．取出試樣烘至恆量，稱量烘乾試樣質量，精確至0.1g。稱量筒質量，精確至0.5g。
