CN116539476A - 一种强吸湿性土的比重测定方法 - Google Patents

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李裕恒
刘希
黄刚海
林志
王可鹏
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Abstract

本发明公开了一种强吸湿性土的比重测定方法，步骤为：采用烘干法测定试样含水率；将比重瓶烘干；将中性液体注入比重瓶；称量后测定瓶内中性液体的温度；从已绘制的中性液体温度与瓶、中性液体总质量关系中查得瓶、中性液体的总质量；实验进行两次平行测定土粒的比重。有益效果：按照常规比重试验流程，采用实验室内常规仪器，测得相应数据代入上述推导的公式中即可求得试样比重的精确值。试验操作简单，方便快捷，成本低，利于推广。

Description

一种强吸湿性土的比重测定方法
本申请是申请日为2020年01月14日、申请号为202010034603.9、发明名称为《一种强吸湿性土的比重测定方法》的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种土的比重测定方法，特别涉及一种强吸湿性土的比重测定方法。
背景技术
土的比重也称为土粒相对密度，指土粒在105℃-110℃温度下烘至恒重时的质量与同体积4℃时纯水的质量之比，简称比重，无量纲，在数值上就等于土颗粒密度，是土重要的物理性质。作为土颗粒的基本性质，其测量精度会明显地影响到其他土工试验参数指标(如饱和度、孔隙比、颗粒大小分布)的准确性。
在《土工试验方法标准》(GB/T50123-2019)中，对于粒径小于5mm的土，采用比重瓶法进行土粒比重测定。其中，在测定强吸湿性土的比重试验中，由于强吸湿性土中含有亲水性胶体，具有强吸湿性，因此土粒比重实验采用中性液体(煤油)代替纯水，并用真空抽气法排气。试验中要先将土样烘干，然后称取适量烘干土样，装入干燥的比重瓶中，然后向盛有土样的比重瓶中注入半瓶中性液体。在这个实验过程中，土样吸收空气中的水分可分成两个阶段：阶段一，烘干后的土样从烘箱中拿出来，称量质量后加入比重瓶前会吸收空气中的水分，吸收的水量会使实际加入的土样质量变小，从而使得比重测试结果偏小。阶段二，土样的质量称量完成，在加入比重瓶中而未加入中性液体覆盖整个土样隔绝空气之前，即在土样称量之后加入比重瓶中，而中性液体未加入的期间，土样同样会吸收空气中的水分。吸收的水分会导致加入的中性液体体积变小，使得比重测试结果偏大。由于第二阶段吸水量明显小于第一阶段，综合考虑两个时间段的吸水，常规土粒比重实验会导致比重测试结果偏小。现行的《土工试验方法标准》(GB/T50123-2019)推荐的测试土粒比重的方法，忽视了测量实验过程中空气中水分对于实验结果的影响，测试膨润土等强吸湿性土的比重时，由于其吸湿性强，空气中水分会对实验结果有较大的影响，从而使得实验结果存在较大误差。所以如何克服比重试验过程中烘干的强吸湿性土样吸收空气中水分对比重试验结果的影响是本次测定方法拟解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服比重试验过程中烘干的强吸湿性土样吸收空气中水分对比重试验结果的影响而提供的一种强吸湿性土的比重测定方法。
本发明提供的强吸湿性土的比重测定方法，步骤为：
步骤一：称取15g试样，采用烘干法测定试样含水率；得到的烘干样在保持较高温度时置于电子称上称量质量；
步骤二：比重瓶烘干，将试样装入烘干的比重瓶；所述试样为天然含水率试样；所述天然含水率试样不做任何烘干处理；所述比重瓶包括长颈比重瓶或短颈比重瓶；所述比重瓶的容量为100mL或50mL；当比重瓶容量为100mL时，试样为15g；当比重瓶容量为50mL时，试样为12g；
步骤三：向已装有试样的比重瓶内注入中性液体至比重瓶身的一半处，后排气至瓶内悬液内无气泡逸出时为止；所述排气的方式为真空排气法抽气；所述排气的时间为1～12h；所述的中性液体为煤油；
步骤四：向已排气后的比重瓶内再注入中性液体至近满，后将比重瓶置于恒温水槽内，至瓶内悬液温度稳定及瓶内上部悬液澄清；当采用长颈比重瓶时，所述近满为长颈比重瓶刻度处；当采用短颈比重瓶时，所述注入剩余中性液体至近满，塞好瓶塞，使多余中性液体自瓶塞毛细管中溢出；
步骤五：悬液澄清后，去除瓶外多余中性液体，称量瓶、中性液体、试样总质量，称量后测定比重瓶内中性液体温度；
步骤六：根据所述比重瓶内中性液体温度和已绘制的中性液体温度与瓶、中性液体总质量关系图得到瓶、中性液体总质量；
步骤七：进行两次平行测定，取两次平行测定结果的算术平均值；计算所述试样土粒的比重；所述土粒的比重计算如式I、式II所示：
所以可得：
式I、式II中：md—试样质量(g)；
ms—土粒质量(g)；
mw—水的质量(g)；
mbk—瓶、中性液体总质量(g)；
mbks—瓶、中性液体、试样总质量(g)；
ρk—中性液体的密度(g/cm3)；
ρw1—纯水在4℃时的密度(g/cm3)；
v—比重瓶体积(cm3)；
vs—土粒体积(cm3)；
vw—水的体积(cm3)；
w—试样的含水率(％)；
GkT—T℃时中性液体的比重，准确至0.001g；
GwT—T℃时纯水的比重，准确至0.001g；
G′ s—规范公式所得比重；
Gs—试样真实比重。
本发明的有益效果：
本发明提供的强吸湿性土的比重测定方法中比重试验中采用自然风干样，完全避免了实验过程中土样吸湿性对于结果的不利影响，基于试验结果，采用理论推导可得土样比重的精确值。本发明按照常规比重试验流程，采用实验室内常规仪器，测得相应数据代入上述推导的公式中即可求得试样比重的精确值。试验操作简单，方便快捷，成本低，利于推广。
附图说明
图1为本发明所述不同含水率下试样真实比重与真实值的差值示意图。
具体实施方式
本发明提供的强吸湿性土的比重测定方法，其方法如下所述：
步骤一：称量出四份重量约为15g的试样，准确至0.001g，将其中两份试样分别装入两个已知重量的土盒中，再将两个装有试样的土盒与两个100mL的短颈比重瓶一同放入烘箱中进行时长8h的烘干。烘干完成后，在烘干试样保持较高温度时迅速置于电子秤上，称量质量，并计算出含水率。同时将剩下的两份未进行烘干的试样分别装入烘干的比重瓶中。
步骤二：向已装有试样的两个比重瓶内注入煤油至比重瓶身的一半处，摇动比重瓶，为了排除试样中的空气，将瓶放入真空缸中，连接真空泵，真空表读数接近当地一个大气负压值，对其进行时长为1h的抽气，直至悬液内无气泡逸出时为止。
步骤三：抽气完成后，往比重瓶内注入煤油至近满，再将比重瓶放于30℃恒温水槽内，待瓶内悬液温度稳定及瓶上部悬液澄清。
步骤四：上部悬液澄清后，塞好瓶塞，使多余的煤油自瓶塞毛细管中溢出，将瓶外煤油擦干后，称比重瓶、煤油、试样总质量(mbks)。称量后应测定比重瓶内煤油的温度(T℃)。
步骤五：根据测得的温度，从已绘制的温度与瓶、煤油总质量关系中查得瓶、煤油的总质量(mbk)。
步骤六：本实验进行了2次平行测定，试验的结果取两者的算术平均值，其最大的允许平行差值应为±0.02，土粒的比重计算公式如下：
所以可得：
式中：md—试样质量(g)；
ms—土粒质量(g)；
mw—水的质量(g)；
mbk—瓶、中性液体总质量(g)；
mbks—瓶、中性液体、试样总质量(g)；
ρk—中性液体的密度(g/cm3)；
ρw1—纯水在4℃时的密度(g/cm3)；
v—比重瓶体积(cm3)；
vs—土粒体积(cm3)；
vw—水的体积(cm3)；
w—试样的含水率(％)；
GkT—T℃时中性液体的比重，准确至0.001g；GwT—T℃时纯水的比重，准确至0.001g；
G′ s—规范公式所得比重；
Gs—试样真实比重。
试验结果如下(由于恒温水槽温度T＝30℃，则查表可得：GwT＝0.996，GkT＝0.78)：
表1试样含水率实验结果
试样质量(md) 干土质量(ms) 水的质量(mw) 含水率(％)
14.992 13.390 1.602 11.96
15.002 13.391 1.611 12.03
因此取含水率w＝12％。
表2比重试验实验结果
两次平行试验结果的差值为0.01，在±0.02内，试验成功。
由上述试验可看出，试验土样在本身具有含水量的情况下直接通过比重试验测得的比重结果与通过理论计算得到的真实比重相比是偏小的，且差值较大。因此更加凸显出本发明的实用性与有效性。

Claims (1)

1.一种强吸湿性土的比重测定方法，步骤为：
步骤一：称取15g试样，采用烘干法测定试样含水率；得到的烘干样在保持较高温度时置于电子称上称量质量；
步骤二：比重瓶烘干，将试样装入烘干的比重瓶；所述试样为天然含水率试样；所述天然含水率试样不做任何烘干处理；所述比重瓶包括长颈比重瓶或短颈比重瓶；所述比重瓶的容量为100mL或50mL；当比重瓶容量为100mL时，试样为15g；当比重瓶容量为50mL时，试样为12g；
步骤三：向已装有试样的比重瓶内注入中性液体至比重瓶身的一半处，后排气至瓶内悬液内无气泡逸出时为止；所述排气的方式为真空排气法抽气；所述排气的时间为1～12h；所述的中性液体为煤油；
步骤四：向已排气后的比重瓶内再注入中性液体至近满，后将比重瓶置于恒温水槽内，至瓶内悬液温度稳定及瓶内上部悬液澄清；当采用长颈比重瓶时，所述近满为长颈比重瓶刻度处；当采用短颈比重瓶时，所述注入剩余中性液体至近满，塞好瓶塞，使多余中性液体自瓶塞毛细管中溢出；
步骤五：悬液澄清后，去除瓶外多余中性液体，称量瓶、中性液体、试样总质量，称量后测定比重瓶内中性液体温度；
步骤六：根据所述比重瓶内中性液体温度和已绘制的中性液体温度与瓶、中性液体总质量关系图得到瓶、中性液体总质量；
步骤七：进行两次平行测定，取两次平行测定结果的算术平均值；计算所述试样土粒的比重；所述土粒的比重计算如式I、式II所示：
所以可得：
式I、式II中：md—试样质量(g)；
ms—土粒质量(g)；
mw—水的质量(g)；
mbk—瓶、中性液体总质量(g)；
mbks—瓶、中性液体、试样总质量(g)；
ρk—中性液体的密度(g/cm3)；
ρw1—纯水在4℃时的密度(g/cm3)；
v—比重瓶体积(cm3)；
vs—土粒体积(cm3)；
vw—水的体积(cm3)；
w—试样的含水率(％)；
GkT—T℃时中性液体的比重，准确至0.001g；GwT—T℃时纯水的比重，准确至0.001g；
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