CN103776725A - 一种测定不规则坚硬干土块容重的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测定不规则坚硬干土块容重的方法，具体过程为：1)采集同一土体样品两块；2)称取其中一块干土块的质量；3)放入液体石蜡进行包裹；4)将包裹好石蜡膜的土块冷却，称蜡封土块质量；5)称取蜡封干土块放进烧杯前烧杯和水的质量之和；6)称取蜡封土块放入烧杯后质量；7)取另一土块破碎后称质量，烘干并称重；8)移取一定体积的液体石蜡，称重，计算液体石蜡的密度；9)查表获取试验温度时水的密度；10)计算样品容重。本发明技术测定不规则易碎干土块，不会破坏土体结构；通过液体石蜡包裹使土块与水充分隔离，通过天平准确称质量，可以准确测量土块体积，测定过程方便简单，易于掌握，所需工具少，测定成本低廉。

Description

一种测定不规则坚硬干土块容重的方法

技术领域

本发明涉及一种测定不规则坚硬干土块容重的方法，属于土壤物理测定技术领域。

背景技术

土壤容重指单位体积自然状态下包括土壤空隙的体积在内的干重，是衡量土壤结构、紧实程度、透气性、透水性和耕性的一个重要指标，在农业生产、土木工程建设中具有重要的应用意义。在土壤肥力、土壤质量、工程质量等进行评价时，经常用到土壤容重的测定。

目前土壤容重测定有环刀法(刘多森，李伟波；土壤容重和孔隙度的简易测定法，土壤通报，1983，2(2)：39-40)、挖坑法(王庆礼，代力民，许广山；简易森林土壤容重测定方法，生态学杂志，1996，15(3)：68-69)、原状取土管法(周雪青，李洪文，何进，王庆杰，张喜瑞；土壤容重测定用分段式原状取土器的设计，农业工程学报，2008，24(8)：127-130；黄毅，邹洪涛，虞娜，张玉龙；新型土壤容重取样器的研制与应用，水土保持通报，2010，30(2)：190-192)、排水法。蜡封法在地质上常用于岩石块密度的测定(陈焕强；应用液体石蜡快速准确测定岩石块体密度，浙江建筑，2012，29(10)：28-30)。另外，申请号为CX02245599.X的实用新型专利中公布了一种充水式土壤容重测定器，申请号为CN85202405的实用新型专利中公布了一种测试土体容重的取土仪，申请号为CN102721628A的发明专利中公布了一种自封袋真空法测定土壤容重的方法，均可用于土壤容重的测定。

上述方法主要在土壤结构疏松、硬度小、土层厚深厚的土壤上使用，如果在特别紧实、硬度大、特别干或者是火烧过的土壤及工程上的夯土，上述方法取样困难，难以采集到完整形状的土块。而且环刀法、土钻法往往容易破坏土体的原有结构，容易造成土块的破裂或破碎，造成原有土样变得紧实，从而增大样品的实际容重。另外，对于特别紧实的土壤，容易损坏或卡住环刀、土钻与取土管。挖坑法耗时费力，一般难以挖出标准的正方体或长方体，因此计算体积时容易产生误差。排水法对于小土块体积的测定误差较大。而专利CN102721628A公布的测定方法需要微型真空泵，而且难以将土块周围的空隙充分抽空。因此，寻求一种简便易行而又不破坏土壤结构的方法，在生产实际上具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简便、高精确度的干土块容重的测定方法，该方法能够准确测定坚硬易碎、规则土样取样困难干土块的容重，能有效减小土块体积测定误差，从而提高土壤容重的测试精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种测定不规则坚硬干土块容重的方法，具体过程为：

1)根据研究需要，采集同一土体样品两块，放入采样袋内；

2)用天平称取其中一块干土块的质量，记为m₁；

3)将该样品拴上细丝线，放入液体石蜡进行包裹；

4)将包裹好石蜡膜的土块冷却，然后称蜡封土块质量m₂；

5)称取蜡封干土块放进烧杯前烧杯和水的质量之和m₃；

6)称取蜡封土块放入烧杯后的天平读数为m₄；

7)取另一土块破碎后称质量记为m₅，然后放入烘箱烘干至恒重，质量记为m₆；

8)用移液管准确移取一定体积的液体石蜡，用天平称取其质量，计算得出试验温度下液体石蜡的密度ρ_p。

9)查表获取试验温度水的密度ρ_w；

10)按以下公式计算样品容重ρ_s：

${\mathrm{\ρ}}_s=\frac{m_1\·m_6\·{\mathrm{\ρ}}_w\·{\mathrm{\ρ}}_p}{m_5\×[{\mathrm{\ρ}}_p(m_4-m_3)-{\mathrm{\ρ}}_w(m_2-m_1)]}$

式中，ρ_s-容重，单位g/cm³；m₁-土块质量，单位g；m₂-蜡封土块质量，单位g；m₃-蜡封土块放进烧杯前烧杯和水的质量之和，单位g；m₄-蜡封土块放入烧杯后的天平读数，单位g；m₅-同一土体另一土块质量，单位g；m₆-同一土体另一土块质量烘干质量，单位g；ρ_w-测定温度下水的密度，单位g/cm³；ρ_p-试验温度下液体石蜡的密度，单位g／cm³。

上述方法中，需要注意以下情况：

步骤1)中，根据需要，用土铲、撅头等工具采集土块，如土块中有石块或根系，需用镊子小心去除后放入采样袋内。通常土块采集量为100～200g。

步骤2)中，为保证测定的精确性，测定用天平最好用精度为千分之一克天平。

步骤3)中，系细线过程中，要注意防止土块滑脱；液体石蜡为熔化又冷却至60～80℃；将土块缓缓放入液体石蜡中，全部浸没后立即提出，检查如果发现仍留有空隙，把样品通过上述方法重新包裹一次，直到样品完全包裹为止，当有气泡时用针刺破，再用蜡液补平，即完成土块液体石蜡包裹。

步骤4)中，土块冷却至室温，石蜡充分固化。

步骤5)中，装置包括千分之一天平，铁架台、容积为1000ml的烧杯，试剂为蒸馏水；天平使用前注意调平。

步骤6)中，蜡封土块放入水中时，要注意缓慢放入，防止烧杯内水外溅，土块完全浸没入水中后将细线系在铁架台横杆上，并注意防止土块触碰烧杯壁，天平读数稳定后读数。

步骤7)中，为保证测定结果的准确性，另一土块需用榔头或粉碎机等充分破碎；烘干温度为105～110℃，烘干时间为24小时。

步骤8)中，移液管测定液体石蜡密度时，用容积为50ml移液管准确移取体积为50ml的石蜡，用千分之一天平秤取其质量，通过计算得到试验温度下液体石蜡的体积。

该发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明所述方法的优点在于：(1)用该方法测定不规则易碎干土块，不会破坏土体结构；通过液体石蜡包裹使土块与水充分隔离，通过天平准确称质量，可以准确测量土块体积，从而提高土块容重的测试精度。(2)本发明所述方法测定过程方便简单，易于掌握，所需工具少，测定成本低廉。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。

实施例

待测土块样品取自秦始皇帝陵百戏俑坑，样品包括填土烧结块、填土、粗夯土、细夯土和火烧粗夯土，所有样品均一式两份，分别装入封口袋待测。

以填土烧结块为例，首先用天平称取其中一块干土块的质量为36.14g(m₁)；将该样品拴上细丝线，放入液体石蜡进行包裹；将包裹好石蜡膜的土块冷却，然后称取蜡封土块质量41.27g(m₂)；称取蜡封干土块放进烧杯前烧杯和水的质量之和512.55g(m₃)；称取蜡封土块放入烧杯后的天平读数为533.45g(m₄)；取另一土块破碎后称质量记为26.38g(m₅)，然后放入烘箱烘干至恒重，质量记为26.30g(m₆)；用移液管准确移取50ml的液体石蜡放入容积为100ml的烧杯，用天平称取其质量为40.52g，通过质量除以体积计算得出试验温度时液体石蜡的密度ρ_p=0.8104g/cm³；查表1获取试验温度(21℃)时水的密度ρ_w=0.998203g／cm³；

然后，根据以下公式计算样品容重ρ_s：

${\mathrm{\ρ}}_s=\frac{m_1\·m_6\·{\mathrm{\ρ}}_w\·{\mathrm{\ρ}}_p}{m_5\×[{\mathrm{\ρ}}_p(m_4-m_3)-{\mathrm{\ρ}}_w(m_2-m_1)]}=2.47g/{\mathrm{cm}}^3$

按照上述步骤分别测定粗夯土、细夯土和填土的容重值，测定结果如下表：

表1不同温度下水的密度

表2秦始皇帝陵百戏俑坑土样容重测定结果

样品编号	样品描述	容重(g／cm3)
			1	填土烧结块	1.84
2	填土	1.08
			3	粗夯土	2.03
4	细夯土	2.60
			5	火烧粗夯土	2.47

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种测定不规则坚硬干土块容重的方法，其特征在于：具体过程为：

1)根据研究需要，采集同一土体样品两块，放入采样袋内；

2)用天平称取其中一块干土块的质量，记为m₁；

3)将该样品拴上细丝线，放入液体石蜡进行包裹；

4)将包裹好石蜡膜的土块冷却，然后称蜡封土块质量m₂；

5)称取蜡封干土块放进烧杯前烧杯和水的质量之和m₃；

6)称取蜡封土块放入烧杯后的天平读数为m₄；

7)取另一土块破碎后称质量记为m₅，然后放入烘箱烘干至恒重，质量记为m₆；

8)用移液管准确移取一定体积的液体石蜡，用天平称取其质量，计算得出试验温度下液体石蜡的密度；

9)查表获取试验温度水的密度ρ_w；

10)按以下公式计算样品容重：

${\mathrm{\ρ}}_s=\frac{m_1\·m_6\·{\mathrm{\ρ}}_w\·{\mathrm{\ρ}}_p}{m_5\×[{\mathrm{\ρ}}_p(m_4-m_3)-{\mathrm{\ρ}}_w(m_2-m_1)]}$

式中，ρ_s-容重，单位g/cm³；m₁-土块质量，单位g；m₂-蜡封土块质量，单位g；m₃-蜡封土块放进烧杯前烧杯和水的质量之和，单位g；m₄-蜡封土块放入烧杯后的天平读数，单位g；m₅-同一土体另一土块质量，单位g；m₆-同一土体另一土块质量烘干质量，单位g；ρ_w-测定温度下水的密度，单位g／cm³；ρ_p-试验温度下液体石蜡的密度，单位g/cm³。

2.根据权利要求1所述的一种测定不规则坚硬干土块容重的方法，其特征在于：所述步骤1)中，根据需要，用土铲、撅头等工具采集土块，如土块中有石块或根系，需用镊子小心去除后放入采样袋内；土块采集量为100～200g。

3.根据权利要求1所述的一种测定不规则坚硬干土块容重的方法，其特征在于：所述步骤1)中为保证测定的精确性，测定用天平采用精度为千分之一克天平。

4.根据权利要求1所述的一种测定不规则坚硬干土块容重的方法，其特征在于：所述步骤3)中，系细线过程中，防止土块滑脱；液体石蜡熔化又冷却至60～80℃；将土块缓缓放入液体石蜡中，全部浸没后立即提出，检查如果发现仍留有空隙，把样品通过重新包裹一次，直到样品完全包裹为止，当有气泡时用针刺破，再用蜡液补平，即完成土块液体石蜡包裹。

5.根据权利要求1所述的一种测定不规则坚硬干土块容重的方法，其特征在于：所述步骤4)中，土块冷却至室温，石蜡充分固化。

6.根据权利要求1所述的一种测定不规则坚硬干土块容重的方法，其特征在于：所述步骤5)中，装置包括千分之一天平、铁架台、容积为1000ml的烧杯，试剂为蒸馏水；天平使用前需调平。

7.根据权利要求1所述的一种测定不规则坚硬干土块容重的方法，其特征在于：所述步骤6)中，蜡封土块放入水中时，缓慢放入，防止烧杯内水外溅，天平读数稳定后读数。

8.根据权利要求1所述的一种测定不规则坚硬干土块容重的方法，其特征在于：所述步骤7)中，为保证测定结果的准确性，另一土块用榔头或粉碎机等充分破碎；烘干温度为105～110℃，烘干时间为24小时。

9.根据权利要求1所述的一种测定不规则坚硬干土块容重的方法，其特征在于：所述步骤8)中，移液管测定液体石蜡密度时，用容积为50ml移液管准确移取体积为50ml的石蜡，用千分之一天平秤取其质量，计算得到试验温度下液体石蜡的密度。