顆粒分析之粒徑計法詳解

采用粒徑計法進行實驗時的主要設備包括粒徑計管、注樣器、洗篩、天平、溫度表、接沙杯、尾樣放淤杯、電熱干燥箱、玻璃干燥皿、秒表等。粒徑計法所依據的原理是：懸浮于液體介質中的顆粒受重力作用垂直向下沉降，對于同種物質（因而其密度也相同）的顆粒來說，其粒徑越大，顆粒在液體介質中下沉的速度越大，下降同一距離所用的時間也越短。因此，取樣品中粒徑大小不同的顆粒使它們同時從粒徑計管（注滿水）的上端下沉，并在粒徑計管的底部放置一系列接沙杯，將指定時間間隔內下沉到粒徑計管底部的顆粒接入不同的接沙杯。這樣，便可以通過觀測和控制不同顆粒到達粒徑計管底部并進入接沙杯的時間（簡稱為沉降時間）將不同粒徑范圍的顆粒區分開來，而且還可以由此反算出各個粒徑組的上限和下限粒徑。
設顆粒在粒徑計管中下沉的距離為L，顆粒的粒徑為D，下沉的速度為ω，則顆粒的沉降時間為
T=L/ω           （1）
由于顆粒的沉降速度ω與顆粒的粒徑D之間存在著確定的關系ω=f(D)，所以在已知粒徑D的情況下，便可以求出顆粒的沉降時間T。反之，亦可通過觀測和控制顆粒的沉降時間T，反求出顆粒的直徑D。
目前，用于計算泥沙顆粒沉速的公式較多，但皆為適用范圍較小的經驗性或半經驗性公式。例如：岡恰洛夫公式、斯托克斯公式、竇國仁公式、沙玉清公式等[2]。水利部已于1994年發布了《河流泥沙顆粒分析規程》[1]的行業標準，其中對沉速公式的選用作了規定。當選用沉降分析法時，應按下列規定計算泥沙顆粒的沉降粒徑：當粒徑等于或小于0.062mm時，采用斯托克斯公式
ω=g/1800(ρs-ρw/ρw)D2/ν              （2）
式中 g為重力加速度；ρs為顆粒密度；ρw為水的密度；ν為水的運動粘滯系數。
當粒徑為0.062～2.0mm時，采用沙玉清的過渡區公式（見表1）。對于本文實驗中所用的沙樣，粒徑分布皆在0.062～2.0mm范圍內。因此，在進行沉速計算時，按規程應采用沙玉清公式。

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