实验一土壤颗粒组成的测定

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Stokes定律，利用静水沉降方法测定土壤各 粒级的含量。Stokes 定律：v = ； g x r 2（ P -P ）/ 门9 w式中：v 一土粒沉降速度cm s-i； r 土粒半径cm； g 重力加速度（981cm s-2）； p 土粒比重（2.65）； P 水的密度g cm-3；门一水的粘带系数g cm-i. s-i。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 作用下作匀速沉降运动，其沉降

2、速度与颗粒半径平方成比。水中每一颗粒都受重力一Fg和 方向相反的浮力一FA之合理所支配，Fg = mg = V p g，FA= V Pwg式中：m 一颗粒质量；V 一颗粒体积；g 一重力加速度；P 一颗粒密度；P w 一一水密度。驱使球形颗粒的向下运动的合力F合应该是：-4、F =F -F = V（p -P ）g =-nr3（p -p ）g合 g As w3s w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F阻的作用，G.G.Stoke 指出粘滞阻力F且等于：F =6兀叩rv式中：门一为水的粘滞系数（Pa s），r-为颗粒的半径（cm），v-为颗粒在水中的沉降速度（cm s-i）。当

3、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：因此有:F = -F合阻3-543兀 r3(p, - p )g=6nrv2v = 9 g x r 2( P，一P*)/ 门;9 n v或：r = x2 g (p, -pw)3-63-73-8h则:由于颗粒作匀速下降运动，颗粒在t时间内下降深度为h，则v =带入3-7公式中， t3-9t = _93_2 g (PPw)r 2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Stokes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：颗粒必须比液体（水）分子大

4、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0.050.001mm。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。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1015g 土，砂土称1530g 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

5、 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Stokes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.称取土样用百分之一天平称过20号筛的土样50100g（如果质

6、地越偏砂则称样量越大），供分 散处理用。.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200300ml。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

7、.1 C）、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。就可分别测出0.05、0.01、0.005、0.001mm等各级土粒的比

8、重计按照上述步骤 读数。四、结果计算小于某粒径土粒含量（%）=校正后读数x 100烘干土样重分散剂校正值（g/乙）=分散剂摩尔质量劝口入量（血）烘干土样重=比重计读数-温度校正值-分散剂校正值1000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/c校正值6.08.52.29.08.52.110.010.52.011.01.911.512.01.812.51.713.01.613.51.514.014.51.415.01.215.51.116.01.0温度/c校正值16.50.917.

9、0一0.817.50.718.00.518.50.419.0一0.319.50.120.0020.5+0.1521.0+0.321.5+0.4522.0+0.6温度/c校正值22.5+0.823.0+0.923.5+1.124.0+1.324.5+1.525.0+1.725.5+1.926.0+2.126.5+2.227.0+2.527.5+2.628.0+2.9温度/c校正值28.5+3.129.0+3.329.5+3.530.0+3.730.5+3.831.0+4.031.5+4.232.0+4.632.5+4.933.0+5.233.5+5.534.0+5.8附表2小于某粒径土粒下沉所需要的时间表温度/c0.05mm 0.01mm 0.005mm0.001mmh分秒h分秒h分秒h分秒4132432554851304225048612540250487123382454881203724048911836230481011835225481111534225481211233220481311032215481411031215481518302154816162925481715282481812272554819127255482050261504821562615048225