本發(fā)明涉及土體顆粒分析，具體涉及一種土體黏粒含量的計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
1、黏粒是土壤中粒徑極小的礦物顆粒。黏粒作為土壤中最細(xì)小的活性組分，其含量是土壤分類的核心參數(shù)，對(duì)土壤的物理、化學(xué)及工程性質(zhì)具有決定性作用。黏粒含量高的土壤易吸水膨脹、失水收縮，可能導(dǎo)致地基變形或土體裂隙，需在工程中加強(qiáng)防滲處理或改良土質(zhì)；在農(nóng)業(yè)中，適量黏?？稍鰪?qiáng)保水保肥能力，但含量過高會(huì)降低土壤透氣性；在土質(zhì)遺址保護(hù)中，黏粒含量分析可指導(dǎo)加固材料選擇，防止因干縮開裂導(dǎo)致的崩塌。
2、現(xiàn)有技術(shù)中，黏粒含量的測(cè)定方法主要包括物理分離法、化學(xué)分析法和沉降法。其中，物理分離法主要是通過離心分離黏粒并計(jì)算含量百分比，或者結(jié)合分散處理(如煮沸法或化學(xué)分散劑)后篩分粗顆粒，根據(jù)剩余部分土粒質(zhì)量來計(jì)算黏粒含量；這種方式中，高速離心可能導(dǎo)致黏粒與有機(jī)質(zhì)或膠結(jié)劑的結(jié)合被破壞，進(jìn)而低估實(shí)際黏粒含量，而篩分的方式無法有效篩分黏粒?；瘜W(xué)分析法主要是通過比色法或化學(xué)試劑處理(如使用h2o2-hcl去除有機(jī)質(zhì)和膠結(jié)劑)輔助黏粒分離與測(cè)定；但使用化學(xué)試劑去除有機(jī)質(zhì)時(shí)可能部分溶解黏土礦物(如蛭石)，導(dǎo)致黏粒含量測(cè)定值失真。沉降法主要包括比重計(jì)法和吸管法，比重計(jì)法是通過校正比重計(jì)讀數(shù)計(jì)算黏粒含量，吸管法是利用土粒沉降速率差異分離黏粒；比重計(jì)法受溫度、分散劑濃度及讀數(shù)主觀性影響，易產(chǎn)生誤差，尤其在低黏粒含量(<10％)時(shí)誤差顯著，而吸管法具有較高的精度。
3、申請(qǐng)公布號(hào)cn117491210a公開了一種土壤顆粒分析方法，其公開了一種基于吸管法測(cè)定土壤中不同粒徑的土粒含量百分比的方法，主要技術(shù)方案為：通過斯托克斯定律計(jì)算出不同粒徑的土粒自由沉降到預(yù)設(shè)深度所需的沉降時(shí)間，按照計(jì)算得到的沉降時(shí)間在預(yù)設(shè)深度處吸取一定量的土壤懸液并進(jìn)行稱重，計(jì)算所吸取的懸液中小于某粒徑的土粒含量，進(jìn)而計(jì)算土壤樣本中不同粒徑的土粒占比。該方案在計(jì)算不同粒徑的土粒自由沉降到預(yù)設(shè)深度所需的沉降時(shí)間時(shí)，默認(rèn)為懸液中的土粒勻速下沉，即懸液中土粒的下沉深度與下沉?xí)r間呈理想線性關(guān)系，發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，懸液中的土粒并非是勻速下沉，即懸液中土粒的下沉速度與時(shí)間并非是理想線性關(guān)系，而是非線性關(guān)系，基于土粒勻速下沉來計(jì)算土粒的沉降時(shí)間，獲得的沉降時(shí)間準(zhǔn)確性較差，進(jìn)而導(dǎo)致根據(jù)沉降時(shí)間計(jì)算土粒占比存在準(zhǔn)確性較差的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有土體黏粒含量的確定方法存在準(zhǔn)確性較差的問題，提出一種土體黏粒含量的計(jì)算方法。
2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
3、一種土體黏粒含量的計(jì)算方法，所述方法包括：
4、將經(jīng)過篩盤過濾后的黏土樣本加入分散劑后，震蕩分散，制成懸液；
5、采用沉降分析法對(duì)懸液進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，獲得顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果，所述顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果包括不同下沉?xí)r間對(duì)應(yīng)的土粒的下沉深度以及移液管在預(yù)設(shè)深度吸取的懸液烘干后的土粒質(zhì)量；
6、基于所述顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果擬合建立懸液中土粒的下沉深度與下沉?xí)r間之間的函數(shù)關(guān)系；
7、根據(jù)所述函數(shù)關(guān)系并基于斯托克斯定律計(jì)算黏粒下沉至所述預(yù)設(shè)深度所需的下沉?xí)r間；
8、根據(jù)黏粒下沉至所述預(yù)設(shè)深度所需的下沉?xí)r間并基于顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果確定對(duì)應(yīng)的土粒質(zhì)量，并將確定的土粒質(zhì)量作為黏土樣本中的黏粒質(zhì)量；
9、根據(jù)所述黏粒質(zhì)量、黏土樣本的總質(zhì)量、懸液的總體積和移液管吸取的懸液體積計(jì)算黏土樣本的黏粒含量。
10、進(jìn)一步地，所述土粒的下沉深度與下沉?xí)r間之間的函數(shù)關(guān)系為：
11、
12、其中，l表示土粒的下沉深度，t表示土粒的下沉?xí)r間，w和km表示特征常數(shù)。
13、進(jìn)一步地，所述斯托克斯定律如下：
14、
15、所述黏粒下沉至所述預(yù)設(shè)深度所需的下沉?xí)r間的計(jì)算公式如下：
16、
17、其中，v表示黏粒的下沉速度，ρs表示黏粒的密度，ρw表示4℃水的密度，η表示水的粘滯系數(shù)，g表示重力加速度，d表示黏粒的粒徑，ti表示黏粒對(duì)應(yīng)的下沉?xí)r間。
18、進(jìn)一步地，所述黏粒的粒徑小于或等于0.005mm。
19、進(jìn)一步地，所述根據(jù)黏粒下沉至所述預(yù)設(shè)深度所需的下沉?xí)r間并基于顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果確定對(duì)應(yīng)的土粒質(zhì)量，具體包括采用線性插值法計(jì)算對(duì)應(yīng)的土粒質(zhì)量，計(jì)算公式如下：
20、
21、其中，mdx表示黏粒下沉至所述預(yù)設(shè)深度所需的下沉?xí)r間對(duì)應(yīng)的土粒質(zhì)量，ti表示黏粒對(duì)應(yīng)的下沉?xí)r間，ti-1和ti+1表示顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果中與黏粒對(duì)應(yīng)的下沉?xí)r間相鄰的兩個(gè)下沉?xí)r間，mdi-1和mdi+1分別表示顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果中相鄰的兩個(gè)下沉?xí)r間ti-1和ti+1對(duì)應(yīng)的土粒質(zhì)量。
22、進(jìn)一步地，所述黏粒含量的計(jì)算公式如下：
23、
24、其中，x表示黏土樣本的黏粒含量，mdx表示黏土樣本中的黏粒質(zhì)量，md表示黏土樣本的總質(zhì)量，v表示懸液的總體積，vx表示移液管吸取的懸液體積。
25、進(jìn)一步地，采用沉降分析法對(duì)懸液進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，具體包括：
26、在不同下沉?xí)r間，采用懸液下沉測(cè)量?jī)x測(cè)量懸液中土粒的下沉深度，并采用移液管吸取預(yù)設(shè)深度的懸液，對(duì)吸取的懸液進(jìn)行烘干，并對(duì)烘干后的土粒進(jìn)行稱重，獲得對(duì)應(yīng)的土粒質(zhì)量。
27、進(jìn)一步地，所述分散劑為六偏磷酸鈉。
28、進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)深度為10cm。
29、進(jìn)一步地，對(duì)黏土樣本進(jìn)行過濾的篩盤的孔徑為0.075mm。
30、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的土體黏粒含量的計(jì)算方法，采用沉降法確定黏粒含量，相較于物理分離法和化學(xué)分析法，提高了黏粒含量計(jì)算的準(zhǔn)確性；并且，本發(fā)明根據(jù)顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果擬合懸液中土粒的下沉深度與下沉?xí)r間之間真實(shí)的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)該函數(shù)關(guān)系并基于斯托克斯定律計(jì)算黏粒下沉到預(yù)設(shè)深度所需的下沉?xí)r間，提高了下沉?xí)r間計(jì)算的準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高了黏粒含量計(jì)算的準(zhǔn)確性；另外，本發(fā)明根據(jù)計(jì)算的下沉?xí)r間和顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算黏粒含量，進(jìn)一步提高了黏粒含量計(jì)算的準(zhǔn)確性。
1.一種土體黏粒含量的計(jì)算方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體黏粒含量的計(jì)算方法，其特征在于，所述土粒的下沉深度與下沉?xí)r間之間的函數(shù)關(guān)系為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土體黏粒含量的計(jì)算方法，其特征在于，所述斯托克斯定律如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的土體黏粒含量的計(jì)算方法，其特征在于，所述黏粒的粒徑小于或等于0.005mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體黏粒含量的計(jì)算方法，其特征在于，所述根據(jù)黏粒下沉至所述預(yù)設(shè)深度所需的下沉?xí)r間并基于顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果確定對(duì)應(yīng)的土粒質(zhì)量，具體包括采用線性插值法計(jì)算對(duì)應(yīng)的土粒質(zhì)量，計(jì)算公式如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體黏粒含量的計(jì)算方法，其特征在于，所述黏粒含量的計(jì)算公式如下：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體黏粒含量的計(jì)算方法，其特征在于，采用沉降分析法對(duì)懸液進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，具體包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體黏粒含量的計(jì)算方法，其特征在于，所述分散劑為六偏磷酸鈉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體黏粒含量的計(jì)算方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)深度為10cm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體黏粒含量的計(jì)算方法，其特征在于，對(duì)黏土樣本進(jìn)行過濾的篩盤的孔徑為0.075mm。