土的颗粒级配试验（筛分法）

上一章主要介绍了土的含水率试验（烘干法和酒精燃烧法），这对于土的土石方施工预控具有重要的价值，即当填料含水率在最佳含水率附近时，压实度容易达到设计要求，否则压实度很难达到设计要求。同时，作为石方施工预控指标的不均匀系数（依据级配试验得出）也是非常重要指标，本章将论述土的颗粒级配试验。

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目的、依据、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。

本试验方法参照的标准为《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）。

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仪器设备

（1）标准筛：粗筛(圆孔)：孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm；细筛：孔径为2mm、1.0mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm。

（2）天平：称量5000g，感量5g；称量1000g，感量1g；称量200g，感量0.2g。

（3）振筛机。

（4）其它：烘箱、筛刷、烧杯、木碾、研钵及杵等。

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试验步骤

（1）试样

从风干、松散的土样中，用四分法按照下列规定取出具有代表性的试样：

• 小于2mm颗粒的土100～300g；

• 最大粒径小于10mm的土300～900g；

• 最大粒径小于20mm的土1000～2000g；

• 最大粒径小于40mm的土2000～4000g；

• 最大粒径大于40mm的土4000g以上。

  
  

（2）对于无粘聚性的土

• 按规定称取试样，将试样分批过2mm筛。

• 将大于2mm的试样从大到小的次序，通过大于2mm的各级粗筛，将留在筛上的土分别称量。

• 2mm筛下的土如数量过多，可用四分法缩分至100～800g。将试样从大到小的次序通过小于2mm的各级细筛，可用振筛机进行振摇。振摇时间一般为10～15min。

• 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。

• 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%。

• 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。

  
  

（3）对于含有黏土粒的砂砾土

• 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。

• 将试样置于盛有清水的盆中，浸泡并搅拌，使粗细颗粒分散。

• 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。

• 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。

• 将大于0.075mm的净砂烘干称量，并进行细筛分析。

• 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。

• 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。

  
  

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数据整理

（1）计算公式

按下式计算小于某粒径颗粒质量百分数：

                           （1）

式中：X——小于某粒径颗粒的质量百分数（%），计算至0.01；

         A——小于某粒径的颗粒质量（g）；

         B——试样的总质量（g）。

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

                           （2）

式中：a——通过2mm筛的试样中小于某粒长的颗粒质量（g）；

         b——通过2mm筛的土样中所取试样的质量（g）；

         P——粒径小于2mm的颗粒质量百分数（%）。

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经，求出各粒组的颗粒质量百分数，以整数（%）表示。

按下式计算不均匀系数：

                            （ 3 ）

式中：Cu——不均匀系数，计算至0.1且含两位以上有效数字；

        d60——限制粒径，即土中小于该粒径的颗粒质量为60%的粒径（mm）；

        d10——有效粒径，即土中小于该粒径的颗粒质量为10%的粒径（mm）。

按下式计算 曲率系数：

                           （4）

（2）记录表格见表1

（3）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%。

（4）评价

（5）报告

① 土的鉴别分类和代号。

② 颗粒级配曲线。

③ 不均匀系数Cu、曲率系数Cc。

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结语

不均匀系数反映大小不同粒组的分布情况，不均匀系数越大，表示土粒大小分布范围大，土的级配良好，施工时容易密实。

一般认为，不均匀系数小于5时，称为均粒土，其级配不好，施工时不容易密实；不均匀系数大于10时，称为级配良好的土。

当同时满足不均匀系数大于5，和曲率系数1～3这两个条件时，土为级配良好的土。

因此在土石方施工时，必须对爆破的土石方进行控制，意思就是不均匀系数和曲率系数要满足级配良好的要求，只有这样，才能使土石方施工有序高效开展，否则其压实度或者固体体积率就很难达到设计要求。