土的颗粒组成

土的颗粒组成第1页，共47页，2023年，2月20日，星期六气相固相液相++构成土骨架，起决定作用重要影响土体次要作用土是由固体相、液体相、气体相组成的三相体系。固体相指土中的矿物颗粒，简称土粒。它构成土的骨架，称为土骨架。液体相由水溶液组成，可分为强结合水、弱结合水、毛细水、重力水等。气体相由空气和其它气体构成。第2页，共47页，2023年，2月20日，星期六土的固相------土颗粒自然界中，组成土体骨架的土粒，大小悬殊、性质各异。第3页，共47页，2023年，2月20日，星期六土的骨架颗粒扫描电镜照片第4页，共47页，2023年，2月20日，星期六土粒的大小通常以其平均直径D的大小来表示，简称粒径，又称粒度。以“毫米”为单位。土的粒度成分是指土中各种大小土粒的相对含量。一、土的粒度与粒度成分第5页，共47页，2023年，2月20日，星期六二、粒组及其划分将工程地质性质相似的土粒归并成组，按其粒径的大小分为若干组别。这种大小相近、性质相似的组别称粒组，或称粒级。每个粒组都以土粒直径的两个数值作为其上下限，并且给予适当的名称。0.05mm≤D＜2mm砂第6页，共47页，2023年，2月20日，星期六划分粒组的原则：首先考虑的是在一定的粒度变化范围内，土的工程地质性质是相似的，超越了这个变化幅度就要引起质的变化。粒组界限的确定，则视起主导作用的特性而定，其次要考虑与目前粒度成分的测定技术相适应。在符合上述两原则的前提下，尚应服从一定的数学规律，便于记忆。第7页，共47页，2023年，2月20日，星期六我国广泛应用的粒组划分方案粒径mm粒组的名称方案一方案二方案三>800漂石粒（块石粒）大漂石粒(块石粒)巨粒漂石粒(块石粒)800～400中400～200小200～100卵石粒（碎石粒）极大卵石粒(碎石粒)卵石粒(碎石粒)100～60大60～40中粗粒砾粒粗砾粒40～20小20～10砾粒粗圆砾粒(角砾粒)细砾粒10～5中5～2细2～0.5砂粒粗砂粒粗砂粒粗0.5～0.25中中中0.25～0.1细细细0.1～0.075极细0.075～0.05粉粒细粒粉粒0.05～0.01粉粒粗0.01～0.005细0.005～0.002粘粒粗粘粒粘粒<0.002细(胶粒)1、方案一来源：水电部《土工试验操作规程》1962

地矿部《土工试验规程》19822、符合量变到质变的规律；3、与现代粒度分析技术相适应；4、符合简单的数学规律200—20—2—l/20—1/200

1、方案二来源：《建筑地基基础设计规范》89、2002《岩土工程勘察规范》GB50021—942、90年代以后广泛应用1、方案三来源国家标准《土的分类标准GBJ—145—90》地矿部标准《土工试验规程DT—92》。2、90年代以后广泛应用第8页，共47页，2023年，2月20日，星期六粒径mm粒组的名称方案一方案二方案三>800漂石粒（块石粒）大漂石粒(块石粒)巨粒漂石粒(块石粒)800～400中400～200小200～100卵石粒（碎石粒）极大卵石粒(碎石粒)卵石粒(碎石粒)100～60大60～40中粗粒砾粒粗砾粒40～20小20～10砾粒粗圆砾粒(角砾粒)细砾粒10～5中5～2细2～0.5砂粒粗砂粒粗砂粒粗0.5～0.25中中中0.25～0.1细细细0.1～0.075极细0.075～0.05粉粒细粒粉粒0.05～0.01粉粒粗0.01～0.005细0.005～0.002粘粒粗粘粒粘粒<0.002细(胶粒)漂

卵

砾

砂

粉

粘各粒组，由于其土粒大小、矿物成分、化学成分的不同，表现出的工程地质性质也有很大差异。第9页，共47页，2023年，2月20日，星期六粒组标准：漂卵砾砂粉粘0.0740.0752002020.0050.005第10页，共47页，2023年，2月20日，星期六粒径mm粒组的名称方案一方案二方案三>800漂石粒（块石粒）大漂石粒(块石粒)巨粒漂石粒(块石粒)800～400中400～200小200～100卵石粒（碎石粒）极大卵石粒(碎石粒)卵石粒(碎石粒)100～60大60～40中粗粒砾粒粗砾粒40～20小20～10砾粒粗圆砾粒(角砾粒)细砾粒10～5中5～2细2～0.5砂粒粗砂粒粗砂粒粗0.5～0.25中中中0.25～0.1细细细0.1～0.075极细0.075～0.05粉粒细粒粉粒0.05～0.01粉粒粗0.01～0.005细0.005～0.002粘粒粗粘粒粘粒<0.002细(胶粒)第11页，共47页，2023年，2月20日，星期六

可以看出，三个方案的划分原则和大组划分基本一致，但具体界限和划分详细情况稍有不同。卵石粒和砾石粒的界限是一个很主要的界限，一般认为大于此界限属“石质材料”(巨粒)，小于此界限即为“土质材料”。通常所指的土是由土质材料组成。由较多石质材料(巨粒)组成的土的性质很特殊，与一般所指的土性质相差较大，世界上多数国家所采用的界限为60～75mm(相当于2.5～3.0in)，故方案三将方案二原2mm提高到60mm，以便与国外一般规定相适应。砂粒组与粉粒组的界限，国内外采用0.05mm和0.075mm（0.074mm）两种不同标准，实际上甚为接近，没有本质差别。以前我国采用0.05mm是强调一个简单数学规律(1/20)，但因制筛工艺所限，最小筛筛孔为0.1mm，而测定小于0.1mm颗粒需用静水沉降法，手续较繁；国外则多采用0.075mm(200号筛)作为界限。随着制筛工艺的提高，采用0.075mm作为砂粒和粉粒组的界限，可直接用筛析法，简便可靠。故我国90年代后与国外多数国家相同，都改用0.075mm作为界限。粉粒组和粘粒组的界限国内外采用0.005mm或0.002mm。从理论上看，采用0.002mm更为合理，因为小于0.002mm土粒主要是次生粘土矿物，胶体性质明显。但从分析技术水平看，测定小于0.002mm土粒更为困难，且有关资料表明，以0.005mm作为界限能够反映土的基本特性和满足生产实际要求。为科研目的测定的小于0.002mm粒组，可特称为胶粒组。第12页，共47页，2023年，2月20日，星期六dmm卵石砾石砂粒粉粒粘粒胶粒6020.050.0050.0020.250.5520粗中细粗中细极细0.1粗粒土细粒土粒组标准：第13页，共47页，2023年，2月20日，星期六

三、土的粒度成分的测定方法土的粒度成分，通常以各粒组的质量百分率来表示，说明各粒级的分配情况，也称颗粒级配。对不同类型的土采用不同的方法分析:

粗粒的土采用筛析法细粒土采用静水沉降法第14页，共47页，2023年，2月20日，星期六筛分法筛分法是用一套不同孔径的标准筛把各种粒组分离出来的方法。方法：1、一定质量的土体在研钵中充分研碎2、筛分：筛径：200、60、20、2、0.5、0.25、0.1、0.05(0.074)3、称量留在每一级筛上的土量第15页，共47页，2023年，2月20日，星期六105.02.01.00.50.250.12000g100160180240220380720P%958778665536水分法工程名称:风干土样重：2000g土样编号:粒组（mm）留筛质量小于该粒径的累计百分含量土样描述:>1001005100952160871180780.5240660.25220550.138036<0.1720第16页，共47页，2023年，2月20日，星期六1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线粒径(mm)0.050.010.005百分数P(%)2613.510105.02.01.00.50.250.12000g100160180240220380720P%958778665536水分法第17页，共47页，2023年，2月20日，星期六

静水沉降法步骤首先应将土中集合体分散制成悬液，然后根据不同粒径的土粒在静水中沉降速度不同的原理，分离出小于0.075mm的颗粒，而后测定各粒组的百分含量。土粒在静水中的沉降原理是，土粒在静水中下沉时受到土粒的有效重力和液体的阻力两种力的作用，前者是促使土粒下沉的力，后者则是阻止其下沉的力。土粒在这两种力的作用下匀速下沉。静水沉降法原理第18页，共47页，2023年，2月20日，星期六-1000ml比重计分散剂：4％六偏磷酸钠搅拌器第19页，共47页，2023年，2月20日，星期六式中：υ——土粒的沉降速度，cm／s；

r

——土粒的半径，cm；

ρs——土粒密度，g／cm3；

ρw——水的密度，g／cm3；

η

——水的动力粘滞系数，Pa·s；

g——重力加速度，980cm／s2。

颗粒静水沉降速度计算：－－－－斯托克斯公式第20页，共47页，2023年，2月20日，星期六d取mm为单位若将颗粒半径r以直径d代之，并用毫米表示，则第21页，共47页，2023年，2月20日，星期六水的密度与水的动力粘滞系数随液体的温度而变化，土粒密度一般采用2.7g／cm3，所以某一种土在一定的温度下，可将式中这些项归并为常数A。因之：或者：由上式可知，在一定的温度下，土粒密度相等的颗粒，其沉降速度与土粒的直径平方成正比。

第22页，共47页，2023年，2月20日，星期六

斯托克斯公式是在下列假定条件下导出的：①悬液的浓度很小；②悬液的粘滞系数是常数；③土粒的密度相等；④土粒呈球形；⑤土粒的直径远远大于水分子的直径；⑥沉速很小；⑦土粒水化膜的厚度等于零。第23页，共47页，2023年，2月20日，星期六实验技术上采取相应的措施：①采用悬液的浓度为l％～3％；②在实验过程中必须保持悬液的温度不变，η等于常数，使颗粒以稳定的速度下沉；③采用土粒的平均密度；④引入“等值直径”或“等效直径”的概念；⑤应用该定律分离至小于0.002mm粒级；⑥土粒的沉速应很小，一般用于分离小于0.075mm之土粒。第24页，共47页，2023年，2月20日，星期六目前测定细粒土的粒度成分的方法有：虹吸比重瓶法移液管法密度计法各种方法的仪器设备有其自身的特点，而它们的基本原理均建立在斯托克斯定律的基础上。

第25页，共47页，2023年，2月20日，星期六土的粒度成分的表示方法根据实验测得的粒度成分资料，可用多种方法表示，以便找出粒度成分变化的规律性。常用的表示方法有：列表法累计曲线法三角图法。第26页，共47页，2023年，2月20日，星期六1、列表法：将粒度分析的成果，用表格的形式表达。列表法可以清楚地用数量说明土样各粒组的含量；但对于大量土样进行对比时，比较困难，不能获得直观的概念。土样编号粒组（mm）百分含量>22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.005<0.005128101520101721040251510351020152030第27页，共47页，2023年，2月20日，星期六以粒径d为横坐标，以小于该粒径的累计百分含量Xd为纵坐标，在此直角坐标系中表示两者的关系曲线称累计曲线。自然数坐标系：

2、累计曲线法：图自然数坐标系累计曲线第28页，共47页，2023年，2月20日，星期六1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线累计曲线的半对数坐标曲线：第29页，共47页，2023年，2月20日，星期六用累计曲线表示土的粒度成分，可对一个地区的土样进行对比，比较直观醒目。由累计曲线可求得任一粒径区段的百分含量、任一百分含量的最大粒径、土的不均匀系数和曲率系数等。第30页，共47页，2023年，2月20日，星期六1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d50d10d30特征粒径:d50:平均粒径d60:控制粒径d10:有效粒径d30:控制粒径第31页，共47页，2023年，2月20日，星期六1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d50d10d30均匀程度:Cu=d60/d10—不均匀系数Cu

≥5,级配良好的非均匀土Cｕ反映大小不同粒组的分布情况。Cｕ越大表示土粒大小的分布范围越大、其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度第32页，共47页，2023年，2月20日，星期六1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d50d10d30连续程度:Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系数Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。Cc=1~3

级配连续土其他，级配不连续土第33页，共47页，2023年，2月20日，星期六1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d10d30曲线d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率:某粒径范围内颗粒的含量陡—相应粒组质量集中缓--相应粒组含量少平台--相应粒组缺乏较大颗粒缺少Cc

减小较小颗粒缺少Cc

增大第34页，共47页，2023年，2月20日，星期六不均匀系数Cu曲率系数Cc当Cu≥5，Cc＝l～3时，为良好级配的土，即非均粒土，表明土中各粒组的含量相差无几，大小颗粒混杂，累计曲线显得平缓；若不能同时满足上述两条件，则为不良级配的土，即均粒土，表明土中某一个或几个粒组含量较多，颗粒不均一，累计曲线的中段显得陡直。第35页，共47页，2023年，2月20日，星期六第36页，共47页，2023年，2月20日，星期六粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：

Cu≥5,不均匀土；Cu<5,均匀土3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度：

Cc=1~3,

级配连续土；

Cc>3或Cc<1,级配不连续土4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：

如果Cu≥5且

Cc=1~3，级配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,级配不良的土第37页，共47页，2023年，2月20日，星期六在评价土层的潜蚀、流土等渗透变形工程地质问题时，都用到不均匀系数的指标。在判别砂土的振动液化中常用到平均粒径d50与不均匀系数这两个指标。

有效粒径d10

，其物理意义是：由一种粒径土组成的理想均粒土，如与另一个非均粒土具有相等的透水性，那么这个均粒土的粒径应与这个非均粒土的d10大致相等。因此认为，d10是土中最具有代表性的粒径。它常见于机械潜蚀、透水性、毛细性等的经验公式中。第38页，共47页，2023年，2月20日，星期六在等边三角形中，任一点对三边的高之和恒等于等边三角形本身的高。三角形的高为H，三角形中任意一点到各边的垂高为ha、hb、hc，将H分为100等分，即令H＝100，则ha、hb、hc就可以代表三大粒组的百分含量。任一个土所含的三大粒组百分含量的总和必等于100％。这样，三角图中的每一个点就可以代表某一个土样的粒度成分。在同一个三角图中，可以投上许多点，代表各土样的粒度成分。3、三角图法：第39页，共47页，2023年，2月20日，星期六

细粒土的粒度成分三角图将全部土粒划分为砾砂组、粉粒组及粘粒组等三大粒组。砾砂组粉粒组粘粒组第40页，共47页，2023年，2月20日，星期六

粗粒土的粒度成分三角图将全部土粒划分为卵砾组、砂粒组及粉粘粒组卵砾组(2≤d)粉粘粒组(d≤0.074)砂粒组(0.074≤d≤2)第41页，共47页，2023年，2月20日，星期六0102030405060708090100卵粒组(d＞2mm)砂粒组(2~0.05mm)粉粘粒组(d＜0.05mm)10090807060504030201000102030405060708090100第42页，共47页，2023年，2