在岩土工程中，比重计分析主要用于了解细粒土的粒度分布。

• 什么是比重计？
• 为什么要进行比重计分析？
• 土壤比重计分析背后的理论是什么？
• 如何对土壤进行比重计分析？

什么是比重计？

比重计是用来测量液体相对密度的仪器。比重计由玻璃制成，主要由两部分组成；

• 带有刻度标记的圆柱形阀杆
• 底部装有水银的灯泡

液体密度越低，比重计就越沉。例如，考虑水和汽油。汽油的密度比水低，因此，在汽油比水的情况下，比重计的浸入深度会更大。

为什么使用比重计对细粒土进行粒度分析？

对于细粒土，筛分分析试验不能给出可靠的试验结果。这是因为细粒土由0.075 mm至0.0002 mm的不同粒径颗粒组成。设计筛分尺寸较小的筛子是不可行的。此外，筛分过程中有可能丢失样品。因此，比重计对细粒土进行了粒度分析。

土壤比重计分析测试背后的理论是什么？

比重计分析基于斯托克斯定律. 根据该定律，在所有其他因素相同的情况下，颗粒从悬浮液中沉降的速度取决于颗粒的形状、重量和大小。

对于土壤，假设土壤颗粒为球形，且具有相同的比重。因此，我们可以说，在土壤-水悬浮液中，较粗的颗粒比较细的颗粒沉降得更快。

如果V是球形粒子下沉的最终速度，则由下式给出：；

V=1/18[（G_s-G_W)/n） ]*D^2.

哪里

V=土壤颗粒的终端速度（cm/s）

D=土壤颗粒的直径（cm）

G_s=土壤颗粒的比重

G_W=水的比重

n=水的粘度（g-s/cm）^2.)

如何进行土壤比重计分析

设备

• 比重计
• 带机械搅拌器的分散杯，带全套附件
• 两个容量为1升的玻璃罐
• 解凝剂（六偏磷酸钠溶液，将33g六偏磷酸钠和7g碳酸钠溶解在蒸馏水中制成一升溶液）
• 秒表
• 温度计
• 规模

程序

1. 粘质土取5新利18体育官网登录0g左右，砂质土取100g左右，准确称取0.1g。
2. 如果土壤含有大量有机物或钙化合物，则可能需要用过氧化氢或盐酸对土壤进行预处理。如果土壤含有少于20%的上述物质，应避免预处理。
3. 向如此处理的土壤中，添加100 cc六偏磷酸钠溶液，并轻轻加热10分钟，然后使用蒸馏水射流将内容物转移到机械混合器的杯子中，以冲洗土壤的所有痕迹。
4. 搅拌土壤悬浮液约15分钟。新利18体育官网登录
5. 将悬浮液转移到比重计罐中，并通过添加蒸馏水将体积精确补充至1000 cc。
6. 取另一个装有1000cc蒸馏水的比重计罐，将比重计储存在待记录的土壤悬浮液连续读数之间。偶尔记下水的比重读数和温度T0C。
7. 将右手的手掌放在开口端，左手将罐子上下颠倒，握住罐子底部，大致混合土壤悬浮液。当罐子倒置时，确保刻度罐底部没有泥土。
8. 摇动后，立即将比重计罐放在工作台上，并启动秒表。小心地将比重计插入悬浮液中，并在¼、½、1和2分钟的总运行时间内读取比重计读数。
9. 读取2分钟后，取下比重计并将其转移到蒸馏水罐中，然后重复步骤8。通常，在继续之前，应获得一对相同的读数。
10. 在经过的4、9、16、25、36、49、60分钟以及此后每一小时读取一次后续液体比重计读数。每次读取读数时，从悬浮液中取出比重计，并将其保存在装有蒸馏水的罐中。当记录液体比重计时，应注意确保液体比重计处于静止状态，且无任何移动。随着时间的推移，由于固体颗粒的下落，液体悬浮液的密度会降低读数，应检查读数，以防止液体比重计读数中可能出现错误。
11. 继续记录液体比重计读数，直到液体比重计读数约为1000。

比重计的校准

应按照以下步骤校准比重计，以根据比重计读数（见图2）确定其真实深度：

1. 确定液体比重计灯泡的体积VR。可通过以下方式确定：

通过测量排水量.向1000 cc刻度盘中注入约700 cc的水。观察并记录水位读数。插入比重计，再次观察并记录读数。这两个读数的差值等于灯泡的体积加上浸没的阀杆部分。由于包含后一个量，因此误差非常小我希望出于实际目的可以忽略它。

2. 确定区域，A.，通过测量两个刻度之间的距离使用比重计的刻度。面积A等于刻度之间的体积除以测量距离。
3. 测量并记录比重计杆上最低校准标记与其他主要校准标记之间的距离，R.
4. 测量并记录灯泡颈部到最低校准标记的距离。距离,，H_1.，对应于读数R，等于步骤（3）和（4）中测量的两个距离之和。
5. 测量从颈部到灯泡尖端的距离。将其记录为h，灯泡的高度。距离,，h/2，确定对称灯泡的体积中心。如果使用非对称灯泡，可通过将灯泡的形状投影到一张纸上并确定投影区域的重心，以足够的精度确定体积中心。
6. 计算真实距离，H_R，对应于每个主要校准标记，R，根据公式：

H_R=H_1.+½[h–（V）_R/A） ]

7. 绘制表示以下关系的曲线：H_R和R如图3所示。对于流线型液体比重计，该关系基本上是一条直线。

计算

如果试验期间的温度恒定，则可使用以下公式计算土壤颗粒的直径

D^2.=K H_R/t

哪里

T=以分钟为单位的时间

D=土壤颗粒的直径，单位为mm

K=30n/（G-G）_W)

细N的百分比可从以下公式获得：

N%=G*V/（（G-1）*W）*（r-r）_W)*100

哪里

五、=土壤悬浮液的体积（1000 cc）

W=试验所用干土的重量

R=蒸馏水中的比重计读数

R_W=土壤悬浮液中的比重计读数

G=土壤颗粒的比重

由于V=1000 cc，上述方程式可方便地表示为：

N%=K_1.（R）_h1– 1000) * 100

哪里

K_1.=G/（G-1）*（100/W）

R_h1=比重计读数=R_H+C_M–C_D±C_T

哪里

R_H=实际观察到的比重计读数（上弯月面）

C_M=弯月面修正（即0.5）

C_T=温度校正（如果试验温度高于液体比重计校准时的温度，则为正值，反之亦然）（见表1）

C_D=分散剂的修正值。该值的确定如下所述

向土壤悬浮液中添加分散剂会导致液体密度增加，并需要对观察到的比重计读数进行校正。通过向部分充满蒸馏水或软化水的1000 ml量杯中添加用于测量液体的分散剂量，确定校正系数Cd特殊试验，向1000 ml标记处添加额外蒸馏水，然后插入比重计并观察读数。校正系数，C_D等于该读数与纯蒸馏水或除盐水中的比重计读数之间的差值。

表1温度校正（C）T)用于比重计分析
临时工0C	CT	临时工0C	CT
20	无	27	0.00150
20.5	0.00009	27.5	0.00163
21	0.00017	28	0.00178
21.5	0.00027	28.5	0.00191
22	0.00037	29	0.00206
22.5	0.00049	29.5	0.00219
23	0.00058	30	0.00232
23.5	0.00068	30.5	0.00247
24	0.00081	31	0.00262
24.5	0.00092	31.5	0.00278
25	0.00102	32	0.00291
25.5	0.00116	32.5	0.00320
26	0.00127	33	0.00350
26.5	0.00139	33.5	0.00380