土的顆粒組成

土的顆粒組成第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體次要作用土是由固體相、液體相、氣體相組成的三相體系。固體相指土中的礦物顆粒，簡(jiǎn)稱土粒。它構(gòu)成土的骨架，稱為土骨架。液體相由水溶液組成，可分為強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水、毛細(xì)水、重力水等。氣體相由空氣和其它氣體構(gòu)成。第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月土的固相------土顆粒自然界中，組成土體骨架的土粒，大小懸殊、性質(zhì)各異。第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月土的骨架顆粒掃描電鏡照片第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月土粒的大小通常以其平均直徑D的大小來表示，簡(jiǎn)稱粒徑，又稱粒度。以“毫米”為單位。土的粒度成分是指土中各種大小土粒的相對(duì)含量。一、土的粒度與粒度成分第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月二、粒組及其劃分將工程地質(zhì)性質(zhì)相似的土粒歸并成組，按其粒徑的大小分為若干組別。這種大小相近、性質(zhì)相似的組別稱粒組，或稱粒級(jí)。每個(gè)粒組都以土粒直徑的兩個(gè)數(shù)值作為其上下限，并且給予適當(dāng)?shù)拿Q。0.05mm≤D＜2mm砂第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月劃分粒組的原則：首先考慮的是在一定的粒度變化范圍內(nèi)，土的工程地質(zhì)性質(zhì)是相似的，超越了這個(gè)變化幅度就要引起質(zhì)的變化。粒組界限的確定，則視起主導(dǎo)作用的特性而定，其次要考慮與目前粒度成分的測(cè)定技術(shù)相適應(yīng)。在符合上述兩原則的前提下，尚應(yīng)服從一定的數(shù)學(xué)規(guī)律，便于記憶。第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月我國廣泛應(yīng)用的粒組劃分方案粒徑mm粒組的名稱方案一方案二方案三>800漂石粒（塊石粒）大漂石粒(塊石粒)巨粒漂石粒(塊石粒)800～400中400～200小200～100卵石粒（碎石粒）極大卵石粒(碎石粒)卵石粒(碎石粒)100～60大60～40中粗粒礫粒粗礫粒40～20小20～10礫粒粗圓礫粒(角礫粒)細(xì)礫粒10～5中5～2細(xì)2～0.5砂粒粗砂粒粗砂粒粗0.5～0.25中中中0.25～0.1細(xì)細(xì)細(xì)0.1～0.075極細(xì)0.075～0.05粉粒細(xì)粒粉粒0.05～0.01粉粒粗0.01～0.005細(xì)0.005～0.002粘粒粗粘粒粘粒<0.002細(xì)(膠粒)1、方案一來源：水電部《土工試驗(yàn)操作規(guī)程》1962

地礦部《土工試驗(yàn)規(guī)程》19822、符合量變到質(zhì)變的規(guī)律；3、與現(xiàn)代粒度分析技術(shù)相適應(yīng)；4、符合簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)規(guī)律200—20—2—l/20—1/200

1、方案二來源：《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》89、2002《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021—942、90年代以后廣泛應(yīng)用1、方案三來源國家標(biāo)準(zhǔn)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)GBJ—145—90》地礦部標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗(yàn)規(guī)程DT—92》。2、90年代以后廣泛應(yīng)用第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月粒徑mm粒組的名稱方案一方案二方案三>800漂石粒（塊石粒）大漂石粒(塊石粒)巨粒漂石粒(塊石粒)800～400中400～200小200～100卵石粒（碎石粒）極大卵石粒(碎石粒)卵石粒(碎石粒)100～60大60～40中粗粒礫粒粗礫粒40～20小20～10礫粒粗圓礫粒(角礫粒)細(xì)礫粒10～5中5～2細(xì)2～0.5砂粒粗砂粒粗砂粒粗0.5～0.25中中中0.25～0.1細(xì)細(xì)細(xì)0.1～0.075極細(xì)0.075～0.05粉粒細(xì)粒粉粒0.05～0.01粉粒粗0.01～0.005細(xì)0.005～0.002粘粒粗粘粒粘粒<0.002細(xì)(膠粒)漂

卵

礫

砂

粉

粘各粒組，由于其土粒大小、礦物成分、化學(xué)成分的不同，表現(xiàn)出的工程地質(zhì)性質(zhì)也有很大差異。第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月粒組標(biāo)準(zhǔn)：漂卵礫砂粉粘0.0740.0752002020.0050.005第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月粒徑mm粒組的名稱方案一方案二方案三>800漂石粒（塊石粒）大漂石粒(塊石粒)巨粒漂石粒(塊石粒)800～400中400～200小200～100卵石粒（碎石粒）極大卵石粒(碎石粒)卵石粒(碎石粒)100～60大60～40中粗粒礫粒粗礫粒40～20小20～10礫粒粗圓礫粒(角礫粒)細(xì)礫粒10～5中5～2細(xì)2～0.5砂粒粗砂粒粗砂粒粗0.5～0.25中中中0.25～0.1細(xì)細(xì)細(xì)0.1～0.075極細(xì)0.075～0.05粉粒細(xì)粒粉粒0.05～0.01粉粒粗0.01～0.005細(xì)0.005～0.002粘粒粗粘粒粘粒<0.002細(xì)(膠粒)第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

可以看出，三個(gè)方案的劃分原則和大組劃分基本一致，但具體界限和劃分詳細(xì)情況稍有不同。卵石粒和礫石粒的界限是一個(gè)很主要的界限，一般認(rèn)為大于此界限屬“石質(zhì)材料”(巨粒)，小于此界限即為“土質(zhì)材料”。通常所指的土是由土質(zhì)材料組成。由較多石質(zhì)材料(巨粒)組成的土的性質(zhì)很特殊，與一般所指的土性質(zhì)相差較大，世界上多數(shù)國家所采用的界限為60～75mm(相當(dāng)于2.5～3.0in)，故方案三將方案二原2mm提高到60mm，以便與國外一般規(guī)定相適應(yīng)。砂粒組與粉粒組的界限，國內(nèi)外采用0.05mm和0.075mm（0.074mm）兩種不同標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上甚為接近，沒有本質(zhì)差別。以前我國采用0.05mm是強(qiáng)調(diào)一個(gè)簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)規(guī)律(1/20)，但因制篩工藝所限，最小篩篩孔為0.1mm，而測(cè)定小于0.1mm顆粒需用靜水沉降法，手續(xù)較繁；國外則多采用0.075mm(200號(hào)篩)作為界限。隨著制篩工藝的提高，采用0.075mm作為砂粒和粉粒組的界限，可直接用篩析法，簡(jiǎn)便可靠。故我國90年代后與國外多數(shù)國家相同，都改用0.075mm作為界限。粉粒組和粘粒組的界限國內(nèi)外采用0.005mm或0.002mm。從理論上看，采用0.002mm更為合理，因?yàn)樾∮?.002mm土粒主要是次生粘土礦物，膠體性質(zhì)明顯。但從分析技術(shù)水平看，測(cè)定小于0.002mm土粒更為困難，且有關(guān)資料表明，以0.005mm作為界限能夠反映土的基本特性和滿足生產(chǎn)實(shí)際要求。為科研目的測(cè)定的小于0.002mm粒組，可特稱為膠粒組。第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月dmm卵石礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.050.0050.0020.250.5520粗中細(xì)粗中細(xì)極細(xì)0.1粗粒土細(xì)粒土粒組標(biāo)準(zhǔn)：第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、土的粒度成分的測(cè)定方法土的粒度成分，通常以各粒組的質(zhì)量百分率來表示，說明各粒級(jí)的分配情況，也稱顆粒級(jí)配。對(duì)不同類型的土采用不同的方法分析:

粗粒的土采用篩析法細(xì)粒土采用靜水沉降法第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月篩分法篩分法是用一套不同孔徑的標(biāo)準(zhǔn)篩把各種粒組分離出來的方法。方法：1、一定質(zhì)量的土體在研缽中充分研碎2、篩分：篩徑：200、60、20、2、0.5、0.25、0.1、0.05(0.074)3、稱量留在每一級(jí)篩上的土量第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月105.02.01.00.50.250.12000g100160180240220380720P%958778665536水分法工程名稱:風(fēng)干土樣重：2000g土樣編號(hào):粒組（mm）留篩質(zhì)量小于該粒徑的累計(jì)百分含量土樣描述:>1001005100952160871180780.5240660.25220550.138036<0.1720第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線粒徑(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)P(%)2613.510105.02.01.00.50.250.12000g100160180240220380720P%958778665536水分法第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

靜水沉降法步驟首先應(yīng)將土中集合體分散制成懸液，然后根據(jù)不同粒徑的土粒在靜水中沉降速度不同的原理，分離出小于0.075mm的顆粒，而后測(cè)定各粒組的百分含量。土粒在靜水中的沉降原理是，土粒在靜水中下沉?xí)r受到土粒的有效重力和液體的阻力兩種力的作用，前者是促使土粒下沉的力，后者則是阻止其下沉的力。土粒在這兩種力的作用下勻速下沉。靜水沉降法原理第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月-1000ml比重計(jì)分散劑：4％六偏磷酸鈉攪拌器第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：υ——土粒的沉降速度，cm／s；

r

——土粒的半徑，cm；

ρs——土粒密度，g／cm3；

ρw——水的密度，g／cm3；

η

——水的動(dòng)力粘滯系數(shù)，Pa·s；

g——重力加速度，980cm／s2。

顆粒靜水沉降速度計(jì)算：－－－－斯托克斯公式第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月d取mm為單位若將顆粒半徑r以直徑d代之，并用毫米表示，則第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月水的密度與水的動(dòng)力粘滯系數(shù)隨液體的溫度而變化，土粒密度一般采用2.7g／cm3，所以某一種土在一定的溫度下，可將式中這些項(xiàng)歸并為常數(shù)A。因之：或者：由上式可知，在一定的溫度下，土粒密度相等的顆粒，其沉降速度與土粒的直徑平方成正比。

第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

斯托克斯公式是在下列假定條件下導(dǎo)出的：①懸液的濃度很?。虎趹乙旱恼硿禂?shù)是常數(shù)；③土粒的密度相等；④土粒呈球形；⑤土粒的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水分子的直徑；⑥沉速很??；⑦土粒水化膜的厚度等于零。第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)技術(shù)上采取相應(yīng)的措施：①采用懸液的濃度為l％～3％；②在實(shí)驗(yàn)過程中必須保持懸液的溫度不變，η等于常數(shù)，使顆粒以穩(wěn)定的速度下沉；③采用土粒的平均密度；④引入“等值直徑”或“等效直徑”的概念；⑤應(yīng)用該定律分離至小于0.002mm粒級(jí)；⑥土粒的沉速應(yīng)很小，一般用于分離小于0.075mm之土粒。第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月目前測(cè)定細(xì)粒土的粒度成分的方法有：虹吸比重瓶法移液管法密度計(jì)法各種方法的儀器設(shè)備有其自身的特點(diǎn)，而它們的基本原理均建立在斯托克斯定律的基礎(chǔ)上。

第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月土的粒度成分的表示方法根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的粒度成分資料，可用多種方法表示，以便找出粒度成分變化的規(guī)律性。常用的表示方法有：列表法累計(jì)曲線法三角圖法。第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1、列表法：將粒度分析的成果，用表格的形式表達(dá)。列表法可以清楚地用數(shù)量說明土樣各粒組的含量；但對(duì)于大量土樣進(jìn)行對(duì)比時(shí)，比較困難，不能獲得直觀的概念。土樣編號(hào)粒組（mm）百分含量>22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.005<0.005128101520101721040251510351020152030第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月以粒徑d為橫坐標(biāo)，以小于該粒徑的累計(jì)百分含量Xd為縱坐標(biāo)，在此直角坐標(biāo)系中表示兩者的關(guān)系曲線稱累計(jì)曲線。自然數(shù)坐標(biāo)系：

2、累計(jì)曲線法：圖自然數(shù)坐標(biāo)系累計(jì)曲線第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線累計(jì)曲線的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)曲線：第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月用累計(jì)曲線表示土的粒度成分，可對(duì)一個(gè)地區(qū)的土樣進(jìn)行對(duì)比，比較直觀醒目。由累計(jì)曲線可求得任一粒徑區(qū)段的百分含量、任一百分含量的最大粒徑、土的不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)等。第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d50d10d30特征粒徑:d50:平均粒徑d60:控制粒徑d10:有效粒徑d30:控制粒徑第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d50d10d30均勻程度:Cu=d60/d10—不均勻系數(shù)Cu

≥5,級(jí)配良好的非均勻土Cｕ反映大小不同粒組的分布情況。Cｕ越大表示土粒大小的分布范圍越大、其級(jí)配越良好，作為填方工程的土料時(shí)，則比較容易獲得較大的密實(shí)度第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d50d10d30連續(xù)程度:Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)Cc描寫累積曲線的分布范圍，反映曲線的整體形狀。Cc=1~3

級(jí)配連續(xù)土其他，級(jí)配不連續(xù)土第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率:某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量陡—相應(yīng)粒組質(zhì)量集中緩--相應(yīng)粒組含量少平臺(tái)--相應(yīng)粒組缺乏較大顆粒缺少Cc

減小較小顆粒缺少Cc

增大第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月不均勻系數(shù)Cu曲率系數(shù)Cc當(dāng)Cu≥5，Cc＝l～3時(shí)，為良好級(jí)配的土，即非均粒土，表明土中各粒組的含量相差無幾，大小顆?；祀s，累計(jì)曲線顯得平緩；若不能同時(shí)滿足上述兩條件，則為不良級(jí)配的土，即均粒土，表明土中某一個(gè)或幾個(gè)粒組含量較多，顆粒不均一，累計(jì)曲線的中段顯得陡直。第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月粒徑級(jí)配粒徑級(jí)配累積曲線及指標(biāo)的用途：1）粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：

Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土3）曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：

Cc=1~3,

級(jí)配連續(xù)土；

Cc>3或Cc<1,級(jí)配不連續(xù)土4）不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣：

如果Cu≥5且

Cc=1~3，級(jí)配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,級(jí)配不良的土第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月在評(píng)價(jià)土層的潛蝕、流土等滲透變形工程地質(zhì)問題時(shí)，都用到不均勻系數(shù)的指標(biāo)。在判別砂土的振動(dòng)液化中常用到平均粒徑d50與不均勻系數(shù)這兩個(gè)指標(biāo)。

有效粒徑d10

，其物理意義是：由一種粒徑土組成的理想均粒土，如與另一個(gè)非均粒土具有相等的透水性，那么這個(gè)均粒土的粒徑應(yīng)與這個(gè)非均粒土的d10大致相等。因此認(rèn)為，d10是土中最具有代表性的粒徑。它常見于機(jī)械潛蝕、透水性、毛細(xì)性等的經(jīng)驗(yàn)公式中。第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月在等邊三角形中，任一點(diǎn)對(duì)三邊的高之和恒等于等邊三角形本身的高。三角形的高為H，三角形中任意一點(diǎn)到各邊的垂高為ha、hb、hc，將H分為100等分，即令H＝100，則ha、hb、hc就可以代表三大粒組的百分含量。任一個(gè)土所含的三大粒組百分含量的總和必等于100％。這樣，三角圖中的每一個(gè)點(diǎn)就可以代表某一個(gè)土樣的粒度成分。在同一個(gè)三角圖中，可以投上許多點(diǎn)，代表各土樣的粒度成分。3、三角圖法：第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

細(xì)粒土的粒度成分三角圖將全部土粒劃分為礫砂組、粉粒組及粘粒組等三大粒組。礫砂組粉粒組粘粒組第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

粗粒土的粒度成分三角圖將全部土粒劃分為卵礫組、砂粒組及粉粘粒組卵礫組(2≤d)粉粘粒組(d≤0.074)砂粒組(0.074≤d≤2)第41頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月0102030405060708090100卵粒組(d＞2mm)砂粒組(2~0.05mm)粉粘粒組(d＜0.05mm)10090807060504030201000102030405060708090100第42頁，課件共47頁，創(chuàng)