環(huán)刀法測量土壤密度原理步驟及常見問題

    在農(nóng)業(yè)科研中，測量土壤的密度是一個非常重要的步驟。對土壤密度的測量，不僅僅可以準確判斷出土壤的基本信息，更為以后施肥、灌溉、種植等提供重要的決策。對土壤密度測量的方法有很多，主要包括環(huán)刀法、灌水法、灌砂法等。其中環(huán)刀法測量簡便、所需儀器較少、結果較為精準，所以常常被運用到實際操作中。本文就針對環(huán)刀法測量土壤密度的原理步驟、常見問題及誤差分析等做一個詳細的介紹。

　　1 環(huán)刀法測定密度的原理和步驟

　　1.1環(huán)刀法測定密度的原理

　　環(huán)刀法是用已知質量及容積的環(huán)刀，切取土樣，使土樣的體積與環(huán)刀容積一致，這樣環(huán)刀的容積即為土的體積；稱量后，去除環(huán)刀的質量即得土的質量，然后計算得土的密度。

　　1.2步驟

　　1）測定環(huán)刀的質量及體積。用測徑卡尺測量環(huán)刀的內徑及高度，計算得環(huán)刀的體積，然后，將環(huán)刀置于天平上稱得環(huán)刀質量m1.

　　2）切取土樣。在環(huán)刀內壁上涂以薄層凡士林，將環(huán)刀刃口向下放在土樣表面上，用修土刀把土樣削成略大于環(huán)刀的土柱，然后垂直向下輕壓環(huán)刀，邊壓邊削，至土樣高出環(huán)刀為止。先削平嚴于上端之余土，使土面與環(huán)刀邊緣齊平，再置于玻板上；然后削環(huán)刀刃口一端的余土，使與環(huán)刀刃口齊平。若兩面的土有少量剝落，可用切下的碎土輕輕補上。

　　3）測定環(huán)刀和土樣之質量。擦凈環(huán)刀外壁，稱量環(huán)刀和土樣的質量m2.

　　4）計算。計算公式為：

　　式中：p為土密度，g/cm3;m2為環(huán)刀與土樣質量，g;m1為環(huán)刀質量，g;v為土體積，cm3.

　　2 環(huán)刀法檢測主要影響因素

　　2.1操作過程

　　切取土樣是決定環(huán)刀法監(jiān)測質量關鍵環(huán)節(jié)。在環(huán)刀取樣過程中，由于受力條件如力的大小、力方向使所取土樣的密實程度發(fā)生改變，以及由于土體自身重力、操作削土、試驗記錄等因素都會對環(huán)刀檢測產(chǎn)生影響使檢測結果出現(xiàn)偏差。

　　2.2試樣的代表性

　　這里特別指出的是遇到成層土以及粗細混合的土樣較多時，會出現(xiàn)所取土樣代表性不夠而產(chǎn)生誤差。尤其施工現(xiàn)場有原土堤土和外運土，施工過程中極易使二者混合或是參雜其他雜物。

　　另一方面是在同一對刀體內土樣含水存在差別很大，使檢測代表性不夠。在通常情況下，對于粘性土需要取15-30g,而對于砂、礫質土，由于含水性相差懸殊，其規(guī)定取土重為50g,然而由于部分施工現(xiàn)場距離試驗室比較遠，土樣在運輸和存放期間偶爾保護不當使部分水分蒸發(fā)，影響試驗結果。

　　2.3試驗器具

　　在現(xiàn)場需要用專用鋁盒盛裝試樣，雖然每個鋁盒一般為22.40g的恒重鋁盒，但由于長期使用會有磨損，部分因氧化表面輕微附著雜質，使其質量發(fā)生變化。稱量使用的電子秤量器具由于長時間使用也可能會產(chǎn)生飄移，尤其是遇有風天氣會發(fā)生約0.05g的漂移甚至更多；還有如施工現(xiàn)場產(chǎn)生的強烈震動也會使電子計量器產(chǎn)生明顯漂移現(xiàn)象。

　　2.4數(shù)據(jù)修約

　　數(shù)據(jù)修約實際指如何整理數(shù)據(jù)與統(tǒng)計。

　　從數(shù)據(jù)修約的規(guī)則方面來看，以下三方面可能是出錯的原因：

　　1）擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字小于5時則舍去，即各保留的各位數(shù)字不變。

　　2）擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字大于5或者是5,而其后跟有并非全部為0的數(shù)字則進一，即保留的末位數(shù)字加1.

　　3）擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字是5,而右面無數(shù)字或皆為0時，若所保留的末位數(shù)字為奇數(shù)（1,3,5,7,9）則進一，為偶數(shù)（2,4,6,8,0）則舍棄。

　　例如1.050修約間隔為0.1或10-1時值為1.0;0.350修約間隔為0.1或10-1時值為0.4;1.25修約間隔為0.1或10-1時值為1.2等等。

　　3 影響因素的處理對策

　　3.1操作過程

　　環(huán)刀法試驗檢測取樣過程中，均勻的受力和準確的著力方向至關重要。雙手協(xié)調的配合，當土層上表面與壓蓋平穩(wěn)相接后，錘擊明顯吃力，此時為最佳狀態(tài)。切忌土層被人為擊實。

　　3.2試樣的代表性

　　遇到天然土層土質變化較大的土層，在規(guī)范檢測數(shù)量和頻次的基礎上雙倍數(shù)量取樣，擴大樣點的范圍，把不利的風險降至最低。遇有含水特殊的土質時，對同一刀體中取回雙倍試樣做含水率試驗，取平均值作為最終試驗結果；在土樣裝入鋁盒時同時迅速密封并輕輕放入存放箱，盡可能減少水分蒸發(fā)。

　　3.3試驗容器

　　長期使用的鋁盒有磨損，試驗檢測前把所攜帶的盛裝鋁盒逐一用精密天平稱量，剔除偏差大于0.05g的鋁盒；室內試樣稱量時關閉門窗，避開試驗室門、窗風的流動；倒掉試樣時，戴手套用手指繞鋁盒旋轉一至兩周，將鋁盒內壁的殘留泥土全部清除，保持鋁盒干燥、整潔；氧化的鋁盒剔除。

　　現(xiàn)場稱量試樣時，將電子計量器具放在背風或事先制作封閉鐵皮盒中，放在用水準尺超平的地面上稱量試樣，并保證稱量器具數(shù)值穩(wěn)定。

　　3.4數(shù)據(jù)修約

　　根據(jù)經(jīng)驗總結：數(shù)據(jù)整理時，遇修約問題，將所測的數(shù)據(jù)列入excel表格中，在尾列中顯示保留數(shù)值的下一位，查看涉及進位取舍的情況，通常excel程序自動操作4舍5入，而按數(shù)據(jù)修約規(guī)定遇到5進位取舍時并非完全4舍5入。遇5進位取舍時，在excel中設格式條件，左側一位是奇數(shù)進位，左側是偶數(shù)不進位不僅提高工作效率，還提升工作質量。人只對結果校核即可。

　　4 結語

　　經(jīng)過以上四點分析，環(huán)刀法試驗檢測中的誤差在工作過程中可以避免和減小。環(huán)刀法試驗檢測的影響因素主要有操作過程、試樣的代表性、實驗器具、數(shù)據(jù)修約等，它們是有機結合的統(tǒng)一體，相互銜接緊密。當檢測結果出現(xiàn)異常時，做土樣代表性的調整，增加檢測點組，應用概率法減小實測值誤差。檢測儀器定期檢驗，在檢測前校核和查看儀器狀態(tài)。提升操作者責任心，規(guī)范操作，正規(guī)數(shù)據(jù)修約。結合多年試驗數(shù)據(jù)，環(huán)刀法密度試驗檢測是一種較好的堤防檢測壓實度的方法，并能結合現(xiàn)場實際情況，反映堤防現(xiàn)場實際的壓實程度。