实验一土壤颗粒组成的测定——简易比重计法

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1、实验一土壤颗粒组成的测定——简易比重计法一、方法原理分散的土粒在静水中由于重力作用而沉降，沉降的速度依土粒粒径的大小而有所差异，分散后的土壤悬浊液中<0.05mm粒径可根据Stoke’s定律，利用静水沉降方法测定土壤各粒级的含量。Stoke’s定律：式中：—土粒沉降速度cms－1；—土粒半径cm；—重力加速度(981cms－2)；—土粒比重（2.65）；—水的密度gcm－3；—水的粘带系数gcm－1.s－1。该定律是细小的球形（实际土粒不是球形）颗粒在一定密度和粘滞度的流体中，在重力作用下作匀速

2、沉降运动，其沉降速度与颗粒半径平方成比。水中每一颗粒都受重力－Fg和方向相反的浮力—FA之合理所支配，，式中：—颗粒质量；—颗粒体积；—重力加速度；——颗粒密度；——水密度。驱使球形颗粒的向下运动的合力应该是：沉降的球形颗粒在水中下降时还会受到与重力相反的粘滞阻力的作用，G.G.Stoke指出粘滞阻力等于：式中：－为水的粘滞系数（Pa﹒s），r－为颗粒的半径（cm），v－为颗粒在水中的沉降速度（cms－1）。当颗粒作匀速运动时，驱使颗粒向下运动的重力与浮力之合力应与粘滞阻力数值相等，方向相反：3

3、－5因此有：3－63－7或：3－8由于颗粒作匀速下降运动，颗粒在t时间内下降深度为，则带入3-7公式中，则：3－9根据3-9公式可编制成土壤颗粒分析吸取悬液时间t和深度h表，便于分析操作。应用Stoke's定律有不少假设条件事实上有些是达不到的，但有几个假设条件是实验必须注意的：①颗粒必须比液体（水）分子大得多，否则颗粒在沉降时会受布朗运动的影响而改变沉降的路径；颗粒太大下沉时不可能是恒速运动，容易引起湍流，故颗粒粒径不应过大。按Stokes公式计算的各颗粒粒径范围应为0.05～0.001mm。

4、②颗粒必须是光滑的、非弹性的球型，虽然不是球形，但是充分分散的土粒可以近似视为球形。③悬液的密度应当是使颗粒在液体中自由沉降，而彼此互不影响，所以一般土壤悬液的密度以<3％为宜，不能>5％，因此测定时，粘土、壤土一般称10～15g土，砂土称15～30g土配制成1000mL悬浊液。测定悬浊液中的各级土粒含量的方法有吸管法和比重计法。具体提取各级细粒的方法，主要于1000mL量筒中进行提取，吸管法是在量筒中的一定深度，按Stokes公式计算的各粒径所需时间提取土粒悬浊液，烘干后称重，再计算小于相应粒

5、径的累积量，两次测定的累积量相减，即得某一粒径范围的土粒量。土壤比重计（如鲍氏比重计）法测定各粒级含量是根据Stoke’s定律计算出的各粒级沉降一定深度所需要的时间，放入比重计进行快速测量，但其精度远不及吸管法。二、仪器药品1．仪器：甲种比重计、沉降筒、搅拌棒、天平、漏斗、温度计、电热板、三角瓶、洗瓶、带秒针时钟。2．分散剂：0.5M氢氧化钠（用于酸性土壤）、0.25M草酸钠（用于中性土壤）、0.5N焦磷酸钠(用于碱性土壤)。三、操作步骤１.称取土样用百分之一天平称过20号筛的土样50~100g

6、（如果质地越偏砂则称样量越大），供分散处理用。２.分散土粒将称好的土样放在500ml三角瓶中，加入选定的分散剂20ml后，再用蒸馏水冲至200~300ml。摇匀后静置两小时，并每隔15分钟左右摇动一次（因时间问题，试验中不做这一步了）。盖上小漏斗，然后放在电热板上加热煮沸。在未煮沸前应经常摇动三角瓶，以防土粒沉积粘附瓶底，结成硬块或烧焦而影响分散，并可能因冷热不均而发生破裂。煮沸后保持沸腾60min（因时间问题，试验中只需沸腾10min即可）。3.制备悬液将冷却的三角瓶中悬液全部进入沉降筒，用蒸

7、馏水定容到1000ml。放置于温差变化小的室内平稳桌面上，避免阳光直射，并准备比重计、秒表、温度计(±0.1℃)、记录纸等。４．测定悬液比重用搅拌棒搅动悬液1min，测定液温，记录开始时间（以搅拌棒离开液面的那一时刻记为第0s），按表1中所列温度、时间和粒径的关系，根据当时的液温和待测的粒级最大直径值，查表2选定测比重计读数的时间。提前30秒钟，将比重计轻轻地、垂直地插入悬液中，放在沉降筒的中心位置，并略为扶住其玻璃杆，使它不上下左右晃动，直到基本稳定为止，到了选定的时间即测记比重计读数。立即取

8、出比重计，洗去土粒，以备下次使用，并测量悬液温度。将读数经必要的校正计算后，即代表直径小于所选定的毫米数的颗粒累积含量。按照上述步骤，就可分别测出＜0.05、＜0.01、＜0.005、＜0.001mm等各级土粒的比重计读数。四、结果计算将相邻两粒径的土粒累积百分数值相减，即为该两粒径范围内的粒级百分含量。五、讨论实验中一些需要注意的问题，误差的来源讨论等。附表1甲种鲍氏比重计温度校正表温度/℃校正值温度/℃校正值温度/℃校正值温度/℃校正值6.0~8.5—2.216.5—0.922.5+0.82