顆粒分析方法之篩分法與粒徑計法差異簡介

顆粒分析是一種重要的實驗研究手段，在多個學(xué)科中都有廣泛應(yīng)用。通過顆粒分析，可以得知某一特定地區(qū)或某一特定環(huán)境下物質(zhì)的粒度特點，從而為相關(guān)研究提供基礎(chǔ)。例如，在沉積學(xué)中粒度是沉積物及沉積巖的主要特性之一，它可以作為沉積物及沉積巖分類的定量指標(biāo)，可以反映沉積作用的流體力學(xué)特征；在地貌學(xué)中物質(zhì)的粒度特征可以用來研究各種介質(zhì)的動力搬運過程及特點，作為分析同一地區(qū)的環(huán)境演化過程以及對比不同地區(qū)環(huán)境差異的重要依據(jù)；在水利科學(xué)中可以通過研究河流泥沙的粒度特征來分析泥沙的來源、沉積、沿程分選以及隨時間的變化等情況。
根據(jù)樣品的種類、粒徑范圍、取樣多少以及設(shè)備條件等情況的不同，有多種不同的顆粒分析方法，如尺量法、篩分法、粒徑計法、吸管法、消光法、離心沉降法等[1，2]。其中，后四種方法都要借助于水體，將樣品放置于水溶液中進(jìn)行分析，因此又都稱之為水分析法。
水分析法依據(jù)的原理是：對于同種樣品的顆粒，如果它們大小不同，則它們在水中沉降的速度也不同。因此，可以通過測量顆粒在靜止清水中的沉降速度，將與其沉降速度相等且比重相同的球體直徑當(dāng)作泥沙的粒徑，并稱為沉降粒徑，水分析法又稱之為沉降法。
篩分法中的篩類似農(nóng)村常用的米篩，不過其分辨率更高。篩分法不借助水溶液，而是直接在干燥固體狀態(tài)下，用孔徑不同的篩子將不同粒徑級的顆粒直接篩分開來，故所得粒徑稱為篩分粒徑。由于篩分法與沉降法所依據(jù)的原理及采用的設(shè)備都截然不同，因此分別用這兩種方法測出的篩分粒徑和沉降粒徑有所不同。
早在1970年，Sanford等[3]就注意到了由篩分法與沉降法所得泥沙粒徑有較大差別。他們分別用兩種方法對從海灘上采集的沙樣進(jìn)行了顆粒分析，根據(jù)實測結(jié)果提出了二者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。兩種顆分方法所得結(jié)果的“等值粒徑”為0.094mm。趙伯良等[4，5]認(rèn)為由于泥沙顆粒群體在清水中沉降，在其開始階段不可避免地將因清水與渾水密度的不同而產(chǎn)生群體異重沉降和擴(kuò)散影響，導(dǎo)致測得的泥沙顆粒沉速偏大，計算粒徑偏粗。這種影響隨顆粒粒徑減小和顆粒濃度增大而顯著地增大，這是粒徑計法的一個先天性缺陷。向治安等[6，7]也曾專門研究了泥沙的篩分粒徑與沉降粒徑之間的關(guān)系，并根據(jù)實驗資料，得出了兩種粒徑的“等值粒徑”為0.15mm的結(jié)論。
由此可見，用篩分法與沉降法兩種顆粒分析方法所測出的顆粒粒徑數(shù)據(jù)之間確實存在較大的差異，無法相互替代使用。這也使得用不同分析方法所得結(jié)果之間缺乏可比性，并導(dǎo)致不同的顆分研究資料難以共享。此外，在研究中經(jīng)常遇到沙樣的級配范圍較大，其中一部分需要用篩分法確定其粒徑大小，另一部分則需要用粒徑計法，這時兩部分結(jié)果也需要轉(zhuǎn)化為同一標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行分析。

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