土工试验2比重颗粒分析方法.docx

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土工试验2比重颗粒分析方法

土的比重试验

●土粒比重是土的三大基本物理性指标（比重、密度、含水率）之一

●它是换算土的六个基本物理性计算指标和评价土类的重要依据之一

●无量纲量。

比重的定义

●《现代科学技术词典》将材料的比重定义为：

●材料的密度和其标准材料密度之比。

●这一定义更具有科学性和一般性。

●土粒比重是土粒在温度105~110℃下烘至恒量时的质量与同体积4℃时纯水质量的比值

●从而有如下土粒比重Gs的表达式

●通常所说土的比重就是指土粒的比重。

比重瓶法

1目的和适用范围

●颗粒小于5mm的土用比重瓶法测定。

●根据土的分散程度、矿物成分、水溶盐和有机质的含量又分别规定用纯水和中性液体测定。

●排气方法也根据介质的不同分别采用煮沸法和真空抽气法。

2仪器设备

●2.1比重瓶：

容量100（或50）mL。

●比较试验表明，瓶的大小对比重结果影响不大，但因100mL的比重瓶可以多取些试样，使试样的代表性和试验的精度提高，所以建议采用100mL的比重瓶，但也允许采用50mL的比重瓶。

●2.2天平：

称量200g，感量0.001g。

●2.3恒温水槽：

灵敏度±1℃。

●2.4砂浴。

●2.5真空抽气设备。

●2.6温度计：

刻度为0～50℃，分度值为0.5℃。

●2.7其他：

如烘箱、蒸馏水、中性液体（如煤油）、孔径2mm及5mm筛、漏斗、滴管等。

2.8比重瓶校正

●比重瓶校正一般有两种方法：

●称量校正法和计算校正法。

●前一种方法精度比较高，后一种方法引入了某些假设，但一般认为对比重影响不大。

●本试验以称量校正法为准。

●1.将比重瓶洗净、烘干，称比重瓶质量，准确至0.001g。

●2.将煮沸后冷却的纯水注入比重瓶。

●对长颈比重瓶注水至刻度处

●对短颈比重瓶应注满纯水，塞紧瓶塞，多余水分自瓶塞毛细管中溢出。

●调节恒温水槽至5℃或10℃,然后将比重瓶放入恒温水槽内，直至瓶内水温稳定。

●取出比重瓶，擦干外壁，称瓶、水总质量，准确至0.001g。

●3.以5℃级差，调节恒温水槽的水温，逐级测定不同温度下的比重瓶、水总质量，至达到本地区最高自然气温为止。

●每级温度均应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.002g，取两次测值的平均值。

●绘制温度与瓶、水总质量的关系曲线。

3试验步骤

●试样状态，规定用烘干土，也可用风干或天然湿度试样。

●一般规定有机质含量小于5％时，可以用纯水测定。

●1将比重瓶烘干，将15g烘干土装入100mL比重瓶内（若用50mL比重瓶，装烘干土约12g），称量。

●2为排除土中空气，将已装有干土的比重瓶，注蒸馏水至瓶的一半处，摇动比重瓶，土样浸泡20h以上，再将瓶在砂浴中煮沸，煮沸时间自悬液沸腾时算起，砂及低液限黏土应不少于30min，高液限黏土应不少于1h，使土粒分散。

●注意沸腾后调节砂浴温度，不使土液溢出瓶外。

●排气方法，规程中仍选用煮沸法为主。

如需用中性液体时，则采用真空抽气法。

●3长颈比重瓶，用滴管调整液面恰至刻度处（以弯月面下缘为准）

●擦干瓶外及瓶内壁刻度以上部分的水，称瓶+水+土总质量。

●称量后立即测出瓶内水的温度，准确至0.5℃。

●4根据测得的温度，从已绘制的温度与瓶、水总质量关系曲线中查得瓶+水总质量。

●5如系砂土，煮沸时砂粒易跳出，允许用真空抽气法代替煮沸法排除土中空气。

●6对含有某一定量的可溶盐、不亲性胶体或有机质的土，必须用中性液体（如煤油）测定，并用真空抽气法排除土中气体。

●真空压力表读数宜为l00kPa，抽气时间1~2h（直至悬液内无气泡为止）。

●易溶盐含量小于0.5％时，用纯水和中性液体测得的比重几乎无差异。

●含盐量大于0.5％时，比重值可差1％以上

●因此规定含盐量大于0.5％时，用中性液体测定。

●3.7本试验称量应准确至0.001g。

4结果整理

●4.1用蒸馏水测定时，按下式计算比重：

●m2=ms+瓶+水’

●m2=ms+瓶+水-排出水的重量

●m2=ms+瓶+水-排出水的体积×水密度

●m2=ms+瓶+水-排出水的体积×Gwt

●m2=ms+瓶+水-土颗粒的体积×Gwt

●m2=ms+瓶+水-ms/Gs×Gwt

●m2=ms+m1-ms/Gs×Gwt

●ms/Gs×Gwt=ms+m1-m2

●Gs=ms/（m1+ms-m2）×Gwt

●4.2用中性液体测定时，按下式计算比重：

4.3试验记录格式

4.4精密度和允许差。

●本试验必须进行二次平行测定，取其算术平均值，以两位小数表示，其平行差值不得大于0.02。

5报告

●5.1土的鉴别分类和代号。

●5.2土的比重Gs值。

●粗、细粒土混合料比重的测定，规定分别测定粗、细粒土的比重，然后取加权平均值。

●

浮力法

●比重试验的浮力法是建立在当前衡量技术（大称量、高精度、低感量天平）高速发展的基础上，实现该试验方法。

1目的和适用范围

●本试验目的是测定土颗粒的比重。

●本试验方法适用于粒径大于或等于5mm的土，

●且其中粒径大于或等于20mm的土质量应小于总土质量的10％。

●颗粒大于5mm的砾石、碎石等粗粒，颗粒本身有孔隙存在。

●孔隙又分封闭的与开敞的两部分。

●浸水时开敞部分为水所填充，封闭部分水不能浸入。

●规程中采用视比重（包括颗粒内部所含的封闭孔隙），一般指的孔隙，实际上是指被水充填的孔隙。

●浮力法所测结果较为稳定。

●但大于20mm粗粒较多时，采用本方法将增加试验设备，室内使用不便。

●因此，规定粒径大于5mm的试样中大于或等于20mm颗粒含量小于10％时用浮力法。

2仪器设备

●2.1浮力仪（含电子天平）：

称量1000g以上，感量0.001g；应附有孔径小于5mm的金属网篮，其直径为10～15cm，高为10～20cm；适合网篮沉入的盛水容器（图T0169-1）。

●2.2其他：

烘箱、温度计、孔径5mm及20mm筛等。

3试验步骤

●3.1取代表性试样500～l000g（ms）。

彻底冲洗试样，直至颗粒表面无尘土和其他污物。

●3.2称烧杯和杯中水的质量m1，将金属网篮缓缓浸没于水中，再称烧杯、杯中水和悬没于水中的金属网篮的总质量，并立即测量容器内水的温度，准确至0.5℃。

计算出悬没于水中的金属网篮的浮力质量m2。

●3.3将试样浸在水中一昼夜取出，立即放入金属网篮，缓缓浸没于水中，并在水中摇晃，至无气泡逸出时为止。

●3.4称烧杯、杯中水和悬没于水中的金属网篮及试样的总质量m3。

并立即测量容器内水的温度，准确至0.5℃。

●3.5取出试样烘干，称量。

4结果整理

●4.1按下式计算土粒比重：

4.2试验记录格式

4.3按下式计算土料平均比重：

4.4精密度和允许差。

●本试验必须进行二次平行测定，取其算术平均值，以两位小数表示，其平行差值不得大于0.02。

5报告

●5.1土的鉴别分类和代号。

●5.2土的比重Gs值。

浮称法

●1目的和适用范围

●本试验方法适用于粒径大于或等于5mm的土

●其中粒径大于或等于20mm的土质量应小于总土质量的10％。

●浮称法与浮力法的基本原理一样。

2仪器设备

●2.1静水力学天平（或物理天平）：

●称量1000g以上，感量0.00lg；

●附有孔径小于5mm的金属网篮，其直径为10~15cm，高为10~20cm；

●适合网篮沉入的盛水容器

●2.2其他：

烘箱、温度计、孔径5mm及20mm筛等。

3试验步骤

●3.1取代表性试样500～1000g。

彻底冲洗试样，直至颗粒表面无尘土和其他污物。

●3.2将试样浸在水中一昼夜取出，立即放入金属网篮，缓缓浸没于水中，并在水中摇晃，至无气泡逸出时为止。

●3.3称金属网篮和试样在水中的总质量。

●3.4取出试样烘干，称量。

●3.5称金属网篮在水中质量，并立即测量容器内水的温度，准确至0.5℃。

4结果整理

●4.1按下式计算土粒比重：

4.2试验记录格式

●4.3按下式计算土料平均比重：

4.4精密度和允许差。

●本试验必须进行二次平行测定，取其算术平均值，以两位小数表示，其平行差值不得大于0.02。

5报告

●5.1土的鉴别分类和代号。

●5.2土的比重Gs值。

虹吸筒法

1.目的和适用范围

●本试验法适用于粒径大于或等于5mm的土，且其中粒径≥20mm土的含量≥总土质量的10％。

●由于对粗颗粒的实体积测试不准，所以虹吸筒法测得的结果不稳定，测得的比重值一般偏小。

●一般只在≥20mm的颗粒含量≥10％时，才用虹吸筒法。

2仪器设备

●2.1虹吸筒：

见图T0114-1。

●2.2台秤：

称量10kg，感量1g。

●2.3量筒：

容积大于2000mL。

●2.4其他：

烘箱、温度计、孔径5mm及20mm的筛等。

3试验步骤

●3.1取代表性试样1000～7000g。

将试样彻底冲洗，直至颗粒表面无尘土和其他污物。

●3.2再将试样浸在水中一昼夜取出，晾干（或用布擦干），称量。

●3.3注清水入虹吸筒，至管口有水溢出时停止注水。

●待管不再有水流出后，关闭管夹，

●将试样缓缓放入筒中，边放边搅，至无气泡逸出时为止，搅动时勿使水溅出筒外。

●称量筒质量。

●3.4待虹吸筒中水面平静后，开管夹，让试样排开的水通过虹吸管流入筒中。

●3.5称量筒与水质量后，测量筒内水的温度，准确至0.5℃。

●3.6取出虹吸筒内试样，烘干，称量。

●3.7本试验称量准确至1g。

4结果整理

●4.1按下式计算比重：

4.2试验记录格式

●4.3按下式计算土料平均比重：

4.4精密度和允许差。

●本试验必须进行二次平行测定，取其算术平均值，以两位小数表示，其平行差值不得大于0.02。

5报告

●5.1土的鉴别分类和代号。

●5.2土的比重Gs值。

补充说明

●比重瓶法仅能用作细粒土（小于5mm）的比重测定，但天然土常为粗、细颗粒混合而成，尤其是在路堤填料中经常遇到。

因此，大于5mm的粗粒土用虹吸筒法测定比重。

●由于虹吸筒不能同时测定小于5mm颗粒的比重，这样对全粒径土体就需要采用联合测定的方法。

●即分别采用比重瓶法和虹吸筒法（或浮力法、浮称法等）测定比重，然后再求其加权平均值。

颗粒分析试验

●土是各种颗粒粒径的集合体。

●主要由矿物颗粒和有机质组成。

●土粒的矿物成分主要决定于母岩成分及所经受的风化（物理、化学和生物风化）作用。

●无黏性颗粒主要是由化学稳定的（如石英）或强度较小的原生矿物（如白云母、长石）所组成。

●黏粒主要是由次生矿物组成。

较大的黏粒，主要成分为高岭石类矿物，较细的黏粒主要成分为蒙脱石、伊利石等类矿物。

●土的颗粒大小与土的物理力学性质有着一定的关系。

●根据土的颗粒组成进行分类，可以概略地判定其透水性、可塑性、收缩、膨胀等物理力学性质。

●在工程上将各种几何尺寸相近、工程性质相似的土颗粒划分为若干组，称为粒组。

●所谓土的颗粒组成（或机械组成）就是土中各种粒组的相对含量，称为土的颗粒级配。

●通常用占总土质量的百分数（或小于某一粒径土质量占总土质量的百分数）表示。

●确定土的粒组的相对含量的方法，称为颗粒分析试验。

●在工程实践中，最常用的颗粒分析试验有两大类：

●一是机械分析法，如筛析法；

●二是物理分析法（静水沉降分析法），如密度计法、移液管法等等。

●前者适用于分析粒径大于0.075mm且不大于60mm的土颗粒，

●后者适用于分析粒径小于0.075mm的土颗粒。

●若土中粗细颗粒兼有，则联合采用筛析法及密度计法或移液管法。

筛分法

1.目的和适用范围

●本试验法适用于分析粒径大于0.075mm的土颗粒组成。

●对于粒径大于60mm的土样，本试验方法不适用。

2仪器设备

●2.1标准筛：

粗筛（圆孔）孔径为60mm、40mm、20mm、l0mm、5mm、2mm；

●细筛孔径为2.0mm、1.0mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm。

●2.2天平：

称量5000g，感量5g；称量1000g，感量1g；称量200g，感量0.2g。

●2.3摇筛机。

●2.4其他：

烘箱、筛刷、烧杯、木碾、研钵及杵等。

●2.2天平：

称量5000g，感量5g；称量1000g，感量1g；称量200g，感量0.2g。

●2.3摇筛机。

●2.4其他：

烘箱、筛刷、烧杯、木碾、研钵及杵等。

●分析筛的孔径，可根据试样颗粒的粗、细情况灵活选用。

3试样

●从风干、松散的土样中，用四分法按下列规定取具有代表性的试样：

●3.1小于2mm颗粒的土100~300g。

●3.2最大粒径小于l0mm的土300～900g。

●3.3最大粒径小于20mm的土1000~2000g。

●3.4最大粒径小于40mm的土2000～4000g。

●3.5最大粒径大于40mm的土4000g以上。

4试验步骤

●4.1对于无凝聚性的土

●对无凝聚性的土样，可采用干筛法；

●对含有部分黏土的砾类土，必须用水筛法，以保证颗粒充分分散。

●4.1.1按规定称取试样，将试样分批过2mm筛。

●4.1.2将大于2mm的试样按从大到小的次序，通过大于2mm的各级粗筛。

将留在筛上的土分别称量。

●4.1.32mm筛下的土如数量过多，可用四分法缩分至100~800g。

将试样按从大到小的次序通过小于2mm的各级细筛。

可用摇筛机进行振摇。

振摇时间一般为10～15min。

●4.1.4由最大孔径的筛开始，顺序将各筛取下，在白纸上用手轻叩摇晃，至每分钟筛下数量不大于该级筛余质量的1％为止。

漏下的土粒应全部放入下一级筛内，并将留在各筛上的土样用软毛刷刷净，分别称量。

●4.1.5筛后各级筛上和筛底土总质量与筛前试样质量之差，不应大于1％。

4.1.6如2mm筛下的土不超过试样总质量的10％，可省略细筛分析；如2mm筛上的土不超过试样总质量的10％，可省略粗筛分析。

●4.2对于含有黏土粒的砂砾土

●4.2.1将土样放在橡皮板上，用木碾将黏结的土团充分碾散，拌匀、烘干、称量。

如土样过多时，用四分法称取代表性土样。

●4.2.2将试样置于盛有清水的瓷盆中，浸泡并搅拌，使粗细颗粒分散。

●4.2.3将浸润后的混合液过2mm筛，边冲边洗过筛，直至筛上仅留大于2mm以上的土粒为止。

然后，将筛上洗净的砂砾风干称量。

按以上方法进行粗筛分析。

●4.2.4通过2mm筛下的混合液存放在盆中，待稍沉淀，将上部悬液过0.075mm洗筛，用带橡皮头的玻璃棒研磨盆内浆液，再加清水、搅拌、研磨、静置、过筛，反复进行，直至盆内悬液澄清。

最后，将全部土粒倒在0.075mm筛上，用水冲洗，直到筛上仅留大于0.075mm净砂为止。

●4.2.5将大于0.075mm的净砂烘干称量，并进行细筛分析。

●4.2.6将大于2mm颗粒及2～0.075mm的颗粒质量从原称量的总质量中减去，即为小于0.075mm颗粒质量。

●4.2.7如果小于0.075mm颗粒质量超过总土质量的10％，有必要时，将这部分土烘干、取样，另做密度计或移液管分析。

5结果整理

●5.1按下式计算小于某粒径颗粒质量百分数：

●5.2当小于2mm的颗粒如用四分法缩分取样时，按下式计算试样中小于某粒径的颗粒质量占总土质量的百分数：

●5.3在半对数坐标纸上，以小于某粒径的颗粒质量百分数为纵坐标，以粒径（mm）为横坐标，绘制颗粒大小级配曲线，求出各粒组的颗粒质量百分数，以整数（％）表示。

●5.4必要时按下式计算不均匀系数：

5.5本试验记录格式如表T0115-1。

●

5.6精密度和允许差

●筛后各级筛上和筛底土总质量与筛前试样质量之差，不应大于1％。

6报告

●6.1土的鉴别分类和代号。

●6.2颗粒级配曲线。

●6.3不均匀系数Cu。

密度计法

●密度计法也称比重计法。

●密度计分为甲种和乙种。

●甲种密度计读数表示1000mL悬液中的干土重；乙种密度计读数表示悬液比重。

●两种密度计的制造原理和使用方法基本相同。

但是两种密度计在刻度时所采用的悬液温度标准不同

●因此，在密度计校准及土量百分比的计算公式中，有严格的区别，如不加以注意，将会造成错误。

●由于密度计制造不一定规范，造成浮泡体积和刻度不准确，加之密度计的刻度是以纯水作为作为标准，当悬液加入分散剂后，则比重增大

●故需要在使用前对刻度、弯月面、土粒沉降距离、温度、分散剂等的影响进行校验。

密度计法分析的原理

●密度计法颗粒分析试验是将定量的土样和水混合制成悬液。

●悬液经过搅拌，大小颗粒均匀地分布于水中，此时，悬液的浓度上下一致。

颗粒相同的土粒依照司笃克斯定律将以等速v下降，经过t秒钟后所有粒径为d的颗粒下降的距离L=vt

●因此，所有大于d的颗粒已经下降到L平面以下，L平面以上则仅有小于d的颗粒。

●因此量得L深度处悬液的比重与原来悬液的比重相比较，即可求出粒径小于d的颗粒占的百分数。

●在不同时间内量得不同L深度处的密度，即可找出不同粒径的数量，以绘成颗粒大小分布曲线。

1目的和适用范围

●密度计法适用于分析粒径小于0.075mm的细粒土。

2仪器设备

●2.1密度计

●2.1.1甲种密度计：

刻度单位以20℃时每1000mL悬液内所含土质量的克数表示，刻度为-5~50最小分度值为0.5。

●2.1.2乙种密度计：

刻度单位以20℃时悬液的比重表示，刻度为0.995~1.020，最小分度值为0.0002。

●2.2量筒：

容积为1000mL内径为60mm，高度为350mm±10mm，刻度为0~1000mL。

●2.3细筛：

孔径为2mm、0.5mm、0.25mm；洗筛：

孔径为0.075mm。

●2.4天平：

称量100g，感量0.1g；称量100g（或200g），感量0.01g。

●2.5温度计：

测量范围0~50℃，精度0.5℃。

●2.6洗筛漏斗：

上口直径略大于洗筛直径，下口直径略小于量筒直径。

●2.7煮沸设备：

电热板或电砂浴。

●2.8搅拌器：

底板直径50mm，孔径约3mm。

●2.9其他：

离心机、烘箱、三角烧瓶（500mL）、烧杯（400mL）、蒸发皿、研钵、木碾、称量铝盒、秒表等。

3试剂

●浓度25％氨水、氢氧化钠（NaOH）、草酸钠（Na2C2O4）、六偏磷酸钠[（NaPO3）6]、焦磷酸钠（Na4P4P2O7·10H2O）等；如须进行洗盐手续，应有10％盐酸、5％氯化钡、10％硝酸、5％硝酸银及6％双氧水等。

●选用的试剂供作分散处理和洗盐之用，其中六偏磷酸钠和焦磷酸钠属强分散剂。

4试样

●密度计分析土样应采用风干土。

土样充分碾散，通过2mm筛（土样风干可在烘箱内以不超过50℃鼓风干燥）。

●求出土样的风干含水率，并按下式计算试样干质量为30g时所需的风干土质量。

准确至0.01g。

●密度计分析用的土样采用风干土，试样质量为30g，即悬液浓度为3％。

5密度计校正

●密度计应进行温度、土粒比重和分散剂的校正。

●5.2温度校正：

当密度计的刻制温度是20℃，而悬液温度不等于20℃时，应进行校正，校正值查表T0116-1。

●

●5.3土粒比重校正：

●密度计刻度应以土粒比重2.65为准。

当试样的土粒比重不等于2.65时，应进行土粒比重校正。

●5.4分散剂校正：

密度计刻度系以纯水为准，当悬液中加入分散剂时，相对密度增大，故须加以校正。

●注纯水入量筒，然后加分散剂，使量筒溶液达1000mL。

用搅拌器在量筒内沿整个深度上下搅拌均匀，恒温至20℃。

然后将密度计放入溶液中，测记密度计读数。

此时密度计读数与20℃时纯水中读数之差，即为分散剂校正值。

●

6土样分散处理

●土样的分散处理，采用分散剂。

对于使用各种分散剂均不能分散的土样（如盐渍土等），须进行洗盐。

●对于一般易分散的土，用25％氨水作为分散剂，其用量为：

30g土样中加氨水lmL。

●对于用氨水不能分散的土样，可根据土样的pH值，分别采用下列分散剂：

●6.1酸性土（pH<6.5）

●30g土样加0.5mol／L氢氧化钠20mL。

●溶液配制方法：

称取20gNaOH（化学纯），加蒸馏水溶解后，定容至1000mL，摇匀。

●6.2中性土（pH=6.5～7.5）

●30g土样加0.25mol／L草酸钠18mL

●33.5gNa2C2O4（化学纯），定容至1000mL。

●6.3碱性土（pH>7.5）

●30g土样加0.083mol／L六偏磷酸钠15mL。

●51g（NaPO3）6（化学纯），定容至l000mL

●6.4若土的pH大于8，

●用六偏磷酸钠分散效果不好或不能分散时，则30g土样加0.125mol／L焦磷酸钠14mL。

●55.8gNa4P2O7·10H2O（化学纯），定容至1000mL

●对于强分散剂（如焦磷酸钠）仍不能分散的土，可用阳离子交换树脂（粒径大于2mm的）100g放入土样中一起浸泡，不断摇荡约2h，再过2mm筛，将阳离子交换树脂分开，然后加入0.083mol／L六偏磷酸15mL。

●对于可能含有水溶盐，采用以上方法均不能分散的土样，要进行水溶盐检验。

●其方法是：

取均匀试样约3g，放入烧杯内，注入4～6mL蒸馏水，用带橡皮头的玻璃棒研散，再加25mL蒸馏水，煮沸5~10min，经漏斗注入30mL的试管中，塞住管口，放在试管架上静置一昼夜。

●若发现管中悬液有凝聚现象（在沉淀物上部呈松散絮绒状），则说明试样中含有足以使悬液中土粒成团下降的水溶盐，要进行洗盐。

7洗盐（过滤法）

●7.1将分散用的试样放入调土皿内，注入少量蒸馏水，拌和均匀。

●将滤纸微湿后紧贴于漏斗上，然后将调土皿中土浆迅速倒入漏斗中，并注入热蒸馏水冲洗过滤。

●附于皿上的土粒要全部洗入漏斗。

●若发现滤液混浊，须重新过滤。

8试验步骤

●本规程所规定的试验步骤适用于甲、乙两种密度计。

●8.1将称好的风干土样倒入三角烧瓶中，注入蒸馏水200mL，浸泡一夜。

按前述规定加入分散剂。

●8.2将三角烧瓶稍加摇荡后，放在电热器上煮沸40min（若用氨水分散时，要用冷凝管装置；若用阳离子交换树脂时，则不需煮沸）。

●8.3将煮沸后冷却的悬液倒入烧杯中，静置lmin。

●将上部悬液通过0.075mm筛，注入1000mL量筒中。

●杯中沉土用带橡皮头的玻璃棒细心研磨。

加水入杯中，搅拌后静置lmin，再将上部悬液通过0.075mm筛，倒入量筒。

反复进行，直至静置lmin后，上部悬液澄清为止。

●最后将全部土粒倒入筛内，用水冲洗至仅有大于0.075mm净砂为止。

●注意量筒内的悬液总量不要超过1000mL。

●8.4将留在筛上的砂粒洗入皿中，风干称量，并计算各粒组颗粒质量占总土质量的百分数。

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