[科普中国]-土粒相对密度

定义

土粒密度与同体积4℃时水的密度之比称为土粒比重，它在数值上等于单位体积土粒的质量。颗粒比重的大小取决于土的矿物成分。有机质土的土粒比重为2.4～2.5，泥炭土的土粒比重为1.5～1.8，含铁质较多黏性土的土粒比重为2.8～3.0。同一种类的土，其颗粒比重变化幅度较小，由于颗粒变化的幅度不大，通常可按经验数值选用。测定土粒比重，可为计算土的孔隙比、饱和度以及土的其他物理力学试验（如颗粒分析的密度计法试验、固结试验等）提供必需的数据。对小于、等于或大于5mm颗粒组成的土，应分别采用比重瓶法、浮称法和虹吸筒法测定比重。3

比重瓶法目的土粒质量密度试验的目的是测定土粒密度，因为它是土的物理性质最基本的指标之一。

1．由土粒密度的大小可大致判定土中是否存在有某种重造岩矿物或有机物质，即可定性分析土的矿物成分。

2．可为土的孔隙比、孔隙度、饱和度等的计算提供基本数据。

3．用于击实试验中计算饱和含水量及估算最大干容重。

原理由土粒密度定义可知，需求出固体颗粒的质量和体积即可，而关键的关键是求出固体颗粒的体积，可用比重瓶，推算出固体颗粒排出的液体体积，便可得出结论，比重瓶法就是利用这个原理。

仪器设备1．比重瓶：容量为50mL或100mL两种形式，另外还有长颈比重瓶和短颈比重瓶之分，长颈比重瓶在瓶颈上有刻度。短颈比重瓶的瓶塞中间有毛细孔道，是液体溢出的通道，详见图1。

2．天平：称量200g，感量0.001g。

3．其他用品：烘箱、蒸馏水，中性液体（如煤油等）；孔径为5mm筛；漏斗、滴管；恒温水槽（灵敏度为±1℃）；砂浴；真空抽气机设备；温度计（测量范围0～50℃，精至0.5℃）。

试验步骤1．记录比重瓶的编号，并称其质量m1，精确至0.001g，以下皆用此精度要求。

2．将经过5mm筛的土样在105～110℃的温度下烘至恒重（烘至相隔1～2h，其质量不再减少为止），然后称取10～15g，放入晾干的比重瓶内，加上瓶塞，称准质量为m2。

3．去掉瓶塞，注入蒸馏水达比重瓶容积的一半，摇动比重瓶，并将比重瓶放在砂浴上煮沸，煮沸时间自悬液沸腾时算起，砂及亚砂土不少于30min，黏土及亚黏土应不少于60min，使土粒完全分散，并全部排除土体内的气体。

4．将比重瓶冷却至规定的温度（15～20℃），然后再装满蒸馏水，加瓶塞使水由塞孔中溢出，之后擦干瓶与塞称准质量为m3。

5．倒净比重瓶中的水与土，冲洗干净，然后再装满蒸馏水，加塞使水由塞孔中溢出，擦干瓶与塞称准质量为m4。

6．本试验须进行两次平行测定，然后取其算术平均值。以两位小数表示，其平行差值不得大于0.02。

注意事项1．本试验最好采用100mL的比重瓶，但也允许采用50mL的比重瓶。

2．用比重瓶测定土粒密度，绝大多数都采用烘干土，但对有机质含量高的土可不予以烘干即作试验，待试验结束后，再测定试样的烘干质量。

3．试验用的液体，规定为经煮沸并冷却的脱气蒸馏水，要求水质纯度高，不含任何被溶解的固体物质。

4．排气方法，以煮沸法为主，当土中含有可溶盐分时，或亲水性胶体或是有机物时，则不能用蒸馏水，以免出现试验误差，所以须用中性溶液（如采用煤油，也有采用酒精或是苯的），并采用真空抽气法代替煮沸法，以排出土中的气体。抽气时真空度必须接近一个大气压，一般从达到该真空度时算起，抽气时间约为1～2小时，直至悬液中无气泡逸出为止，那么在计算时要将计算式乘以中性溶液的密度值。

5．同一种黏性土的土粒密度，从冬季到夏季随着大气温度升高及水蒸气压力增大而减少，砂性土则影响极小。这样建议对黏性土用控制烘箱相对温度相等的方法进行测定土粒密度。

6．比重瓶试验的计算式中的m3与m4必须在同一温度下称重，而m2与m1的称取与温度无关。

7．本试验可以在4～20℃之间任一恒温下进行都是误差许可的范围。

8．加水加塞称重时，应注意塞孔中不得存面有气泡，以免造成误差。

9．比重瓶必须每年至少校正一次，并经常抽查。因为比重瓶的玻璃在不同的温度下会产生胀缩，而且水在不同温度下的密度也各不相同，因此比重瓶盛装液体至一定标记处的质量是随温度的变化而变化的。4

浮称法浮称法适用于粒径不小于5mm，且其中粒径大于20mm的土质量小于总土质量10%的各类土。浮称法所测结果较为稳定，但大于20mm的粗粒较多时，用本方法将增加试验设备，室内使用不便，故规定粒径大于5mm的试样中20mm的颗粒小于10%时使用浮称法。

仪器设备1．铁丝筐：孔径小于5mm，边长为10～15cm，高为10～20cm。

2．盛水容器：尺寸应大于铁丝筐。

3．浮称天平：如图2，称量2000g，最小分度值0.5g。

试验步骤1.调平天平，称取代表性试样500～1000g。将试样表面清洗干净，浸入水中一昼夜后取出。调平浮称天平，把浸泡过的试样放入铁丝筐，并缓慢地将铁丝筐浸没于水中，在水中摇动至试样中无气泡逸出。

2.称量铁丝筐和试样在水中的质量，取出试样烘干，并称量烘干试样质量。

3．称量铁丝筐在水中的质量，并测定盛水容器内水温，精确至0.5℃。3

虹吸筒法虹吸筒法适用于粒径不小于5mm且粒径大于20mm的土质量大于等于总土质量10%的各类土比重测定。虹吸筒法测量结果不稳定，因为粗颗粒的实体积测不准，测得的比重值一般偏小。只有在粒径大于5mm的试样中20mm的颗粒大于等于10%时，才使用虹吸筒法。使用虹吸筒法测定比重时，要特别注意排气，因粗颗粒内部包含着封闭孔隙。

仪器设备1．虹吸简装置：如图3，由虹吸筒和虹吸管组成。2．天平：称量1000g，最小分度值0.1g。

3．量筒：容积应大于500mL。

试验步骤1．称取代表性试样700～1000g，试样应清洗干净。浸入水中一昼夜后取出晾干，对大颗粒试样宜用于布擦干表面，并称量晾干试样质量。2．将清水注入虹吸筒至虹吸管口，有水溢出时关管夹。试样缓缓放入虹吸筒中，边放边搅拌，至样中无气泡逸出为止，搅动时水不得溅出筒外。

3．当虹吸筒内水面平稳时打开管夹，让试样排开的水通过虹吸管流人量筒。称量筒与水总质量，精确至0.5g。测定量筒内水温，精确至0.5℃。

4．取出试样烘至恒量，称量烘干试样质量，精确至0.1g。称量筒质量，精确至0.5g。3