關(guān)于顆粒分析試驗(yàn)的誤差分析和對策研究

郭佳偉

【摘要】顆粒分析試驗(yàn)是當(dāng)前土木工程中的基礎(chǔ)試驗(yàn)，其主要作用是分析土壤中的粒徑。其中常見的試驗(yàn)方法有篩析法和密度計(jì)法，這兩種方法都能夠準(zhǔn)確地對土壤顆粒組成進(jìn)行分析和定名。但是在試驗(yàn)過程中存在一定的誤差，為此文章重點(diǎn)講解了兩種顆粒分析試驗(yàn)的方法，同時(shí)分析了在試驗(yàn)中的誤差，望能為有關(guān)人員提供到一定的參考和幫助。

【關(guān)鍵詞】顆粒分析試驗(yàn);誤差;對策

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.15.215

1、前言

土的顆粒分析試驗(yàn)是土工試驗(yàn)中重要的一項(xiàng)內(nèi)容，能夠真實(shí)的測定土中各粒組干土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。土壤自身的性質(zhì)是不均勻的，保存、運(yùn)輸?shù)榷紩ν寥澜Y(jié)構(gòu)造成一定的影響，且試驗(yàn)過程中環(huán)境、設(shè)備等因素都會影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2、顆粒分析試驗(yàn)方法介紹

2.1篩析法（篩分法）

篩析法的試驗(yàn)?zāi)康氖菧y定土中各粒組占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，以便了解土粒的組成情況。根據(jù)土壤樣品的孔徑大小，將土壤樣品分為幾類，然后對每組土壤樣品進(jìn)行稱重，以計(jì)算其在總土壤樣品中的比例。篩選分析是最簡單的顆粒分析方法，原理簡單且操作十分方便，篩分方法的粒徑范圍為0.075mm～60mm。

2.2密度計(jì)法

在細(xì)粒土壤的篩選方法中，通常適合低于0.075mm的細(xì)粒土壤。試驗(yàn)的具體操作步驟如下：首先制備試樣，使用直徑為0.075mm的過濾篩將試樣過篩后，將篩下土放入干燥箱中進(jìn)行干燥。為了保證樣品充分干燥，干燥箱的溫度應(yīng)控制在100℃左右，干燥時(shí)間應(yīng)不少于8小時(shí)。充分烘干后，用天平稱量30克烘干試樣，并將其放入三角燒瓶中，在盛有試樣的三角燒瓶中注入200mL純水，進(jìn)行浸泡，時(shí)間不少于18h（對于砂性較大、易于分散的土，可適當(dāng)減少浸泡時(shí)間），稍加搖勻后，放在沙浴中煮沸，煮沸時(shí)間從水沸騰開始計(jì)時(shí)，粘土和不易分散的土，一般煮沸1.0h左右，其他土可酌量減少，但不得少于0.5h。待懸液冷卻后，將其倒入標(biāo)明號碼的量筒內(nèi)，并應(yīng)將燒瓶中剩留的懸液，分次用少量純水洗凈倒入量筒內(nèi)。加4%濃度的六偏磷酸鈉約10mL于懸液中，使桶內(nèi)懸液恰達(dá)1000mL。將盛有懸液的量筒，置于平穩(wěn)且便于測讀的平臺上。準(zhǔn)備好密度計(jì)、秒表、記錄紙等，并先熟悉密度計(jì)刻度的讀法。然后將攪拌器放入量筒內(nèi)，沿整個(gè)懸液深度上下攪拌約1min往復(fù)各30次，使懸液徹底均勻，攪拌完畢，立即取出攪拌器，同時(shí)開動秒表，測定經(jīng)過1、5、30、120、1440min時(shí)的密度計(jì)讀數(shù)。根據(jù)試樣情況或?qū)嶋H需要，可增加密度計(jì)讀數(shù)或縮短最后一次讀數(shù)的時(shí)間。每次讀數(shù)應(yīng)在預(yù)定時(shí)間前10-20s，將密度計(jì)小心地放入懸液中接近讀數(shù)的深度，以免密度計(jì)上下跳動。提放密度計(jì)時(shí)，應(yīng)使密度計(jì)的中軸垂直液面，要輕拿輕放，盡量減少對懸液的擾動。密度計(jì)讀數(shù)均以彎液面上緣為準(zhǔn)。甲種密度計(jì)應(yīng)準(zhǔn)確至0.5，乙種密度計(jì)應(yīng)準(zhǔn)確至0.0002。每次讀數(shù)完畢立即取出，將其放入盛純水的量筒中，同時(shí)測定相應(yīng)的懸液溫度準(zhǔn)確至0.5℃。

3、顆分試驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因

3.1篩析法試驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因

顆粒篩分分析試驗(yàn)產(chǎn)生誤差的主要原因有：一是篩分不均勻造成隨機(jī)誤差;二是試驗(yàn)環(huán)境不同造成的環(huán)境誤差;三是操作人員的技術(shù)水平和操作方法不當(dāng)造成操作誤差。[1]以隨機(jī)誤差為例，分析了如何最大限度的避免隨機(jī)誤差。在測量中，我們將篩分后留在篩網(wǎng)上的土壤顆粒進(jìn)行分級稱重，用來判定土壤的定名。但在實(shí)際篩分中，有些粒徑相同的土壤顆粒不能通過篩網(wǎng)，有些則能順利通過篩網(wǎng)。這與土顆粒在土中的振動和位置角以及篩分時(shí)間和篩分深度有關(guān)。在具體的試驗(yàn)中土壤顆粒的各個(gè)組分都有這種篩分塞，使得篩分后的土壤顆粒不能包含在同一級別的顆粒中。土壤質(zhì)量的變化可以從土壤水平顆粒的計(jì)算中看出。在這種情況下，雖然土壤定名與實(shí)際土壤質(zhì)量一致，但其中某一級別的數(shù)量是不匹配的。當(dāng)土顆粒在篩子上振動時(shí)，一些直徑相同的土顆?？梢酝ㄟ^篩子，但是有些則不能通過篩子。這主要取決于土壤顆粒在篩面和篩子上的角度。實(shí)際上，在篩網(wǎng)的所有階段都存在堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致剩余篩網(wǎng)的質(zhì)量下降，影響每個(gè)顆粒組在總土壤中百分比的變化，從而使得土壤定名與實(shí)際不符。在這種情況下，我們可以通過增加土壤樣品的總重量來確保土壤樣本的篩分質(zhì)量。在篩分試驗(yàn)中，土壤樣本總重量越小，誤差越大。總重量越大，誤差越小。因此，為了保證篩分?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，我們將嚴(yán)格按照規(guī)范操作，盡可能的減小誤差。

3.2密度計(jì)法試驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因

密度計(jì)有兩種，一種是測量1000mL懸浮液在干燥土壤中的重量，另一種是通過計(jì)算得出物體的比重。雖然兩種密度計(jì)的原理和方法相同，但用于測量懸浮液的溫度標(biāo)準(zhǔn)是不同的。另外，為避免計(jì)算誤差，應(yīng)注意選擇合適的計(jì)算公式。一般來說，密度計(jì)的制造精度高，在此外，密度計(jì)的校準(zhǔn)基于蒸餾水。什么時(shí)候添加分散劑后，需要重新標(biāo)定土壤顆粒的沉降距離、彎月面和溫度。顆粒試驗(yàn)所需的試驗(yàn)溫度應(yīng)保持在20℃左右，以保證比重計(jì)的精度，但在實(shí)際操作中很難滿足這一要求，必須根據(jù)試驗(yàn)情況進(jìn)行環(huán)境調(diào)整。因此測試前一定要對密度計(jì)的彎月面進(jìn)行校準(zhǔn)。利用密度，在懸浮液中加入分散劑，還應(yīng)考慮分散劑對密度計(jì)的干擾，密度計(jì)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的校準(zhǔn)。測試樣品的狀態(tài)和質(zhì)量也會帶來一些誤差結(jié)果，例如，粘土顆粒的測試結(jié)果受樣品狀態(tài)的影響很大，樣品在自然狀態(tài)下進(jìn)行測試，取樣時(shí)應(yīng)該盡量均勻，盡量減少誤差。

結(jié)語：

由上可知，在實(shí)際操作的過程中，有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)土樣的具體情況然后選擇出適合的試驗(yàn)方法，且在試驗(yàn)前應(yīng)當(dāng)對試驗(yàn)儀器和設(shè)備都進(jìn)行計(jì)量檢定和校準(zhǔn)，在操作的過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求操作，才能有效的減少誤差。

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