環刀法測量土壤密度原理步驟及常見問題

    在農業科研中，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，主要包括環刀法、灌水法、灌砂法等。其中環刀法測量簡便、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 環刀法測定密度的原理和步驟

　　1.1環刀法測定密度的原理

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

　　1.2步驟

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

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

　　3）測定環刀和土樣之質量。擦凈環刀外壁，稱量環刀和土樣的質量m2.

　　4）計算。計算公式為：

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

　　2 環刀法檢測主要影響因素

　　2.1操作過程

　　切取土樣是決定環刀法監測質量關鍵環節。在環刀取樣過程中，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刀檢測產生影響使檢測結果出現偏差。

　　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，會出現所取土樣代表性不夠而產生誤差。尤其施工現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，其規定取土重為50g,然而由于部分施工現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，影響試驗結果。

　　2.3試驗器具

　　在現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生飄移，尤其是遇有風天氣會發生約0.05g的漂移甚至更多；還有如施工現場產生的強烈震動也會使電子計量器產生明顯漂移現象。

　　2.4數據修約

　　數據修約實際指如何整理數據與統計。

　　從數據修約的規則方面來看，以下三方面可能是出錯的原因：

　　1）擬舍棄數字的最左一位數字小于5時則舍去，即各保留的各位數字不變。

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

　　3）擬舍棄數字的最左一位數字是5,而右面無數字或皆為0時，若所保留的末位數字為奇數（1,3,5,7,9）則進一，為偶數（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。雙手協調的配合，當土層上表面與壓蓋平穩相接后，錘擊明顯吃力，此時為最佳狀態。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，在規范檢測數量和頻次的基礎上雙倍數量取樣，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。

　　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，并保證稱量器具數值穩定。

　　3.4數據修約

　　根據經驗總結：數據整理時，遇修約問題，將所測的數據列入excel表格中，在尾列中顯示保留數值的下一位，查看涉及進位取舍的情況，通常excel程序自動操作4舍5入，而按數據修約規定遇到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，左側一位是奇數進位，左側是偶數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

　　經過以上四點分析，環刀法試驗檢測中的誤差在工作過程中可以避免和減小。環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、數據修約等，它們是有機結合的統一體，相互銜接緊密。當檢測結果出現異常時，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。提升操作者責任心，規范操作，正規數據修約。結合多年試驗數據，環刀法密度試驗檢測是一種較好的堤防檢測壓實度的方法，并能結合現場實際情況，反映堤防現場實際的壓實程度。