颗粒分析之粒径计法详解

采用粒径计法进行实验时的主要设备包括粒径计管、注样器、洗筛、天平、温度表、接沙杯、尾样放淤杯、电热干燥箱、玻璃干燥皿、秒表等。粒径计法所依据的原理是：悬浮于液体介质中的颗粒受重力作用垂直向下沉降，对于同种物质（因而其密度也相同）的颗粒来说，其粒径越大，颗粒在液体介质中下沉的速度越大，下降同一距离所用的时间也越短。因此，取样品中粒径大小不同的颗粒使它们同时从粒径计管（注满水）的上端下沉，并在粒径计管的底部放置一系列接沙杯，将指定时间间隔内下沉到粒径计管底部的颗粒接入不同的接沙杯。这样，便可以通过观测和控制不同颗粒到达粒径计管底部并进入接沙杯的时间（简称为沉降时间）将不同粒径范围的颗粒区分开来，而且还可以由此反算出各个粒径组的上限和下限粒径。
设颗粒在粒径计管中下沉的距离为L，颗粒的粒径为D，下沉的速度为ω，则颗粒的沉降时间为
T=L/ω           （1）
由于颗粒的沉降速度ω与颗粒的粒径D之间存在着确定的关系ω=f(D)，所以在已知粒径D的情况下，便可以求出颗粒的沉降时间T。反之，亦可通过观测和控制颗粒的沉降时间T，反求出颗粒的直径D。
目前，用于计算泥沙颗粒沉速的公式较多，但皆为适用范围较小的经验性或半经验性公式。例如：冈恰洛夫公式、斯托克斯公式、窦国仁公式、沙玉清公式等[2]。水利部已于1994年发布了《河流泥沙颗粒分析规程》[1]的行业标准，其中对沉速公式的选用作了规定。当选用沉降分析法时，应按下列规定计算泥沙颗粒的沉降粒径：当粒径等于或小于0.062mm时，采用斯托克斯公式
ω=g/1800(ρs-ρw/ρw)D2/ν              （2）
式中 g为重力加速度；ρs为颗粒密度；ρw为水的密度；ν为水的运动粘滞系数。
当粒径为0.062～2.0mm时，采用沙玉清的过渡区公式（见表1）。对于本文实验中所用的沙样，粒径分布皆在0.062～2.0mm范围内。因此，在进行沉速计算时，按规程应采用沙玉清公式。

本文关键词：颗粒分析,筛分法,粒径计法

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