土粒比重试验

土的比重是指土粒在温度为105℃～110℃下烘干至恒重时的质量与土粒同体积4℃纯水质量的比值,是土的基本物理性质指标之一。土粒比重在数值上等于土粒密度,但两者含义不同,前者是两种物质的质量或密度之比,无量纲;而后者是土粒的质量密度,有量纲。

1.试验目的

测定土的比重,以便计算其他换算指标。

2.试验方法

(1)对于粒径小于5mm的土,可用比重瓶法进行测定。

(2)对于粒径等于或大于5mm的土,且其中粒径大于20mm的土质量小于总土质量的10%时,可用浮称法进行测定。

对于粒径等于或大于5mm的土,且其中粒径大于20mm的土质量等于或大于总土质量的10%时,可用虹吸筒法进行测定;当土中同时含有粒径小于5mm和粒径等于或大于5mm的土粒时,粒径小于5mm的部分,用比重瓶法进行测定,粒径等于或大于5mm的部分,用浮称法或虹吸筒法测定,并取其加权平均值作为土的比重。

3.仪器设备(比重瓶法)

(1)比重瓶:容积为100mL或50mL,分长颈和短颈两种形式。

(2)天平:称量为200g,最小分度值为0.001g。

(3)恒量水槽:准确度应为±1℃。

(4)砂浴:应能调节温度。

(5)真空抽气设备。

(6)温度计:刻度为0℃～50℃,最小分度值为0.5℃。

(7)其他:孔径为2mm及5mm的筛、烘箱、漏斗、滴管、盛土器、纯水、中性液体(如煤油)等。

4.操作步骤(比重瓶法)

(1)比重瓶校准(此项工作由试验室工作人员负责完成)。

1)将比重瓶洗净、烘干,置于干燥器内,冷却后称量,精确至0.001g。

2)将煮沸经冷却的纯水注入比重瓶内。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,多余水自瓶塞毛细管中溢出,将比重瓶放入恒温水槽直至瓶内水温稳定。取出比重瓶,擦干外壁,称瓶、水总质量,精确至0.001g。测定恒温水槽内水温,精确至0.5℃。

3)调节数个恒温水槽内的温度,温度差宜为5℃,测定不同温度下的瓶、水总质量。每个温度时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为测定结果。绘制温度与瓶、水总质量的关系曲线,如图2-12所示。

(2)比重测定。

1)将烘干的试样约100g放在研钵中研碎,使全部通过孔径为5mm的筛,如试样中不含大于5mm的土粒,则不需过筛。然后取15g,用漏斗装入预先洗净和烘干的100mL比重瓶内,若用50mL的比重瓶则取试样10g,称试样和瓶的总质量m1,精确至0.001g。

2)为排出土中的空气,将已装有干土的比重瓶,注纯水至瓶的一半处,摇动比重瓶,使土粒初步分散,然后将比重瓶放在砂浴上煮沸(记着将瓶盖取下)。煮沸时,要注意调节砂浴温度,避免瓶内悬液溅出。煮沸时间从开始沸腾时算起,砂土不应少于30min,黏土、粉土不得少于1h。本次试验因时间关系煮沸时间由教师根据具体情况而定。对于含可溶盐、有机质或亲水性胶体的土,必须用中性液体(煤油)代替纯水,用真空抽气法代替煮沸法,排出土中空气。抽气时,真空表读数宜接近当地一个大气负压值,抽气时间不得少于1h,直至悬液内无气泡逸出时为止。

3)将煮沸经冷却的纯水(或抽气后的中性液体)注入装有试样悬液的比重瓶内。当用长颈比重瓶时,应将纯水注至刻度处;当用短颈比重瓶时,应将纯水注满,塞紧瓶塞,多余的水分自瓶塞毛细管中溢出。将比重瓶置于恒温水槽内,待瓶内悬液温度稳定,且瓶内上部悬液澄清,取出比重瓶,擦干瓶外壁,称比重瓶、水、试样总质量(m4),精确至0.001g。称量后应立刻测出瓶内水的温度,精确至0.5℃。

图2-12　温度和瓶、水总质量曲线

4)根据测得的温度,从已绘制的温度与瓶、水总质量的关系曲线中查得瓶、水总质量(m3)。

5.成果整理

(1)用纯水测定时,按下式计算比重:

式中 ds——土粒比重;

　　md——干土质量,md＝m1－m2(g);

　　m1——比重瓶、试样总质量(g);

　　m2——比重瓶的质量(g);

　　m3——比重瓶、水总质量(g);

　　m4——比重瓶、水、试样总质量(g);

　　dwT——T℃时纯水的比重(可查物理手册),精确至0.001。

(2)用中性液体测定时,按下式计算比重:

式中 m′3——比重瓶、中性液体总质量(g);

　　m′4——比重瓶、中性液体、试样总质量(g);

　　dkT——T℃时中性液体的比重(应实测),精确至0.001。

要求:本试验应进行两次平行测定,两次测定的平行差值不得大于0.02,取两次测值的算术平均值,以两位小数表示。

6.试验记录(表2-15)

表2-15　比重试验记录(比重瓶法)