摘要：土是由三相组成的：土颗粒、土中水、土中气三相组合后应按同一量纲才能合理确定土的各种成分的占比，这个量纲就是比重。颗粒比重(specific gravity of solid particles)是指土粒在105℃-110℃温度下烘至恒重时的质量与同体积4℃时水的重量之比值。
关键词：颗粒比重；误差；比重瓶
一、土粒比重试验概述
土粒比重是指土粒在105℃-110℃温度下烘至恒重时的质量与同体积4℃时纯水的质量之比，简称比重。土工试验方法标准《GB/T50123-1999》中规定，对于小于、等于和大于5mm土颗粒组成的土，应分别采用比重瓶法、浮称法和虹吸管法测定比重，在实际的勘察项目中，经常采用的为比重瓶法，基本原理就是利用称好质量的干土放入盛满水的比重瓶的前后质量差异，来计算出土粒的体积，从而进一步算出土粒比重（见公式1-1）。比重试验规定，必须进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.02，取两次的平均值。
GS=
×GiT 公式1-1
md为干土质量，mbw为比重瓶、水总质量；mbws为比重瓶、水、试验总质量；GiT为T时纯水或中性液体的比重。
比重试验分为比重瓶校准、试验制备、称重、煮沸、静置澄清、测温、称重，计算等步骤，其中质量称重要求准确至0.001g，温度准确至0.5，水的比重可查物理手册。
二\比重试验误差原因分析
在实际操作土粒比重试验比重瓶法中，发现比重Gs容易出现误差超过最大值0.02，经长期试验总结，误差点主要存在以下几点：
1、比重瓶校准过程
《GB/T50123-1999》6.2.3.2要求对长颈比重瓶注水至刻度处，对短颈比重瓶应注满纯水，塞紧瓶塞，多余水自瓶塞毛细管中溢出，将比重瓶放入恒温水槽至瓶内水温稳定，取出比重瓶，擦干外壁，称重。在此过程中，由于试验人员的操作差异，对长颈比重瓶刻度处的读数会存在差异，对短颈比重瓶塞紧过程中，由于人员力度差异、方法差异，导致瓶塞塞紧程度不同，会引起瓶、水总质量的差异；在恒温水槽取出的过程中，由于晃动，对短颈比重瓶会引起比重瓶瓶塞处的纯水流出导致瓶加水总质量不准确，会直接导致误差超值。
2、试验样品差异
土在形成过程中存在个体差异，每个试验样品均匀不一，颗粒大小不一（见图2），在两次平行测定采取样品的时候，样品差异程度会直接影响比重计算值，从而导致误差超值。
瓶加水总质量
图1 温度和瓶 、水质量关系曲线
3、试样煮沸过程
《GB/T50123》6.2.5.2要求煮沸时间自悬液沸腾起砂土不应少于30min，黏土、粉土不得少于1h，比重瓶内悬液不得溢出。对于砂土、粉土及含有砂粒、粉粒黏土在煮沸过程中容易溢出比重瓶，平行测定的两个样品煮沸程度及溢出程度不同，导致误差超值。
图2
三、比重误差降低的建议
《GB/T501123-1999》6.1.3要求比重试验两次测定的差值不得大于0.02，土工试验中为减少误差，增强试验数据的准确性，经过反复大量的试验，提出以下几点建议：
1、减少比重瓶校准误差
比重瓶在使用过程中，瓶塞及瓶口会出现不同程度的磨损，温度和瓶、水质量关系曲线不能长期使用，反复校准增大工作量，经过不断测试，比重试验校准可以改为在6.2.5.3步骤后称量同温度下煮沸的蒸馏水与比重瓶的质量，即公式1-1中mbw可以每次进行称量计算，从而减少误差。
2、减少样品差异误差
在称量烘干试验前，对待取样品进行研磨处理，在保证原有颗粒前提下，尽量细化处理，将不影响土样质量百分比的个别大颗粒剔除；称量试样时，可以参考颗粒分析试验四分法取样，尽量保证两个平行测定的样品均匀。
3、减少煮样误差
土样煮沸过程很容易溢出瓶体，在煮沸过程中，试验人员随时关注，对容易溢出的样品可进行不断的摇晃、加冷水、换位置等处理方法，缓解溢出；在当下土工试验室多使用电热板等加热设备取代砂浴，使用过程中控制温度能缓解溢出，经大量试验总结，设置温度在140-165之间，最适宜试验样品煮沸。
比重是划分土颗粒、土中水和土中气各自体积占比的依据，目的是为了得到孔隙比，孔隙比是评价土的物理力学性质的最适用的指标之一。因此比重是重要的土工指标，工程地质手册中给出相关土样经验值，但由于土的矿物成分不同，土粒比重会有所不同，尤其是海相沉积的淤泥质土类，其比重不在经验值范围内，需要土工试验人员在长期的试验工作中总结积累。
参考文献
[1]土工试验方法标准《GB/T50123-1999》
[2]公路土工试验规程《JTGE40-2007》
注：以上见解属于个人长期工作的经验总结，仅供参考。
论文作者:潘冬雪1,李磊2,赵国明3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：比重论文; 误差论文; 质量论文; 样品论文; 土工论文; 瓶塞论文; 颗粒论文; 《基层建设》2019年第19期论文;