土粒的粒级和土壤的质地（三）

凡此种种，土粒土壤不仅手续繁杂费时，粒的质地且在稀HCI淋洗中，土粒土壤也可能淋出一部分粘粒的粒的质地组分，如无定形的土粒土壤二三氧化物和水合氧化硅等。因此需要收集稀HCI淋洗液进行化学分析测定。粒的质地更重要的土粒土壤是腐殖质和碳酸盐也是土壤固相的一部分，若去除它们则与田间情况不一致。粒的质地因此近来常对供分析的土粒土壤土样直接投入可固定Ca²⁺， Al³⁺离子的粒的质地Na盐，通常是土粒土壤酸性土壤加氢氧化钠，中性土壤加草酸钠，粒的质地碱性土壤加六偏磷酸钠。土粒土壤然后用各种机械的粒的质地方法进行搅拌，使其分散完全。土粒土壤常用的方法是煮沸法。也有用震荡法或高于大气压的气流激荡的方法。由于土样的分散处理尚无统一规定，因此分析报告中必须说明。

（2）粗土粒的筛分 粒径大于0.6mm的粗土粒，用孔径粗细不同的筛相继筛分经分散处理的土样悬液，可得到不同较径的土粒数量。根据标准筛的情况，筛孔＞0.6mm允许5%的筛孔偏离规定值，筛孔孔径在0.6 mm～0.125mm之间为7.5%，筛孔孔径＜0.125 mm则可高达10%。所以，常规粒径分析应该只对＞0.25 mm的土粒进行筛分，但由于＞0.1mm的土壤粒在水中沉降速度太快，用吸管吸取悬液常常得不到较好的结果，因此筛分范围可放宽到0.1mm，即对＞0.1mm的土粒进行筛分。

（3）细土粒的沉降分离

①吸管法沉降分离原理

无法筛分的细土较(＜0.1mm)依据司笃克斯(G. G. Stokes)定律，按土粒在水中沉降的快慢区分不同粒径的土粒。颗粒在真空中沉降不受任何阻力，只是受重力作用而呈现自由落体运动。在水中沉降除重力作用外还受与重力作用方向相反的摩擦力作用，G. G. Stokes指出，摩擦力F_r应等于：

Fr=6πηrv

1式中：η一水的粘滞度(g/cm·s)；一颗粒半径((cm)；v一颗粒沉降速度((cm/s)。

颗粒开始沉降，沉降速度随时间增大，摩擦力Fr也随之增加，当颗粒所受摩擦力与所受重力在数量上相等时，这时沉降速度不再增加，颗粒以均速沉降速度沉降，这时的沉降速度称为终端速度。颗粒所受重力Fg可由下式计算：

2式中： p_s为颗粒密度（g/cm³)；P_f为流体（水）的密度(g/cm³)；

g为重力加速度(981 cm/s²)。

当Fr=Fg时可得：

3式中，V₁为终端速度；d为颗粒直径(mm)。

假定沉降速度几乎在终端过程一开始就立即达到，则可计算一定直径颗粒沉降到深度L(cm)所需时间(s),得4式：

利用沉降法进行粒径分析，应注意以下几点假设：

(1)颗粒是坚固的球体且表面光滑；

(2)所有颗粒密度相同。

(3)颗粒直径应大到不受流体(水)布朗运动的影响;

(4)供沉降分析的悬液必须稀释到颗粒沉降互不干扰，即每一个颗粒的沉降都不受相邻颗粒的影响；

(5)环绕颗粒的流体(水)保持层流运动，没有颗粒的过快沉降引起流体的紊流运动。

以上几点，除((3)，(4)可以大致满足外，(5)很难完全保证，(1)，(2)两条根本无法满足。细土粒不是球形的(大多为扁平状)，表面也不光滑，其密度也不相同，只有大多数硅酸盐的密度在2.6～2.7之间，其他重矿物和氧化铁的密度可达到5.0g/cm³或更高。所以粒径分析只能给出近似的结果。

具体测定各级细土粒的方法，可根据Stokes定律，按4公式计算某一粒径的土粒沉降到深度L (L一般取10cm)所需的时间。在测定前用特制的搅拌棒均匀地搅拌颗粒悬液，在沉降一开始记时，按式计算的沉降时间用移液管在深度L处缓慢吸取一定容量的悬液，烘干称重，由此可计算小于某一相应粒径土粒的累积量。

两次测定的累积量相减可得某一粒径范围的土粒量。

②比重计法沉降原理

比重计法也是以Stokes定律为依据的，用特制的甲种土壤比重计(鲍氏比重计)于不同时间内，测定h深处((h为变数)土壤悬液的密度，可得小于某位径土粒的含量：

校正后读数的确定见附录。

由于比重计浮泡体积中心在悬液中的深度随着悬液密度的不同而变动，所以即使在规定时间进行测定，也不能确定该粒级土粒粒径的大小。比重计法的土粒粒径必须根据比重计测定数据《比重计读数)、测定深度(悬液液面至比重计浮泡体积中心)和测定时间，根据Stokes定律求得。由4公式，得：

式中：d——土粒直径，mm；

η——水的粘滞系数，g· cm^-1·s^-1；

L——土粒沉降深度，cm；

g——重力加速度，g=981cm·S^-2；

P_s——土粒密度，g·cm^-3；

P_f——水的密度.g ·cm^-3；

t——沉降时间.S。

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