02土的颗粒组成

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。
土的骨架颗粒扫描电镜照片
一、土的粒度与粒度成分
• 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。
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。
2000g 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1
100 160 180 240 220 380 720 水分法
P % 95 87 78 66 55 36
粒组 （mm）
>10
5 2 1 0.5 0.25 0.1
0
100 160 180 240 220 380
100
95 87 78 66 55 36
粒径(mm) 百分数P(%)
0.05 26
0.01 13.5
0.01 0.005
0.005 10
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
静水沉降法原理
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。
粒组（mm）百分含量
>2 2-0.5 0.5-0.25 0.25-0.075 0.075-0.005 <0.005 28 10 5 10 40 10 15 25 20 20 15 15 10 10 20 30 17
2、累计曲线法：
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：
100
Xd /%
80
60
40
20
0
d10 d d
30
60
1
2
3
d/mm
图
自然数坐标系累计曲线
累计曲线的半对数坐标曲线：
土的粒径级配累积曲线
小于某粒径之土质量百分数P（％） 100 90 80 70 60 50
40
30 20
10 0
0.5 10 0.10 0.05 0.01 5.0 1.0 粒径(mm)
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
工程名称:
风干土样重：2000g 土样编号:
留筛 质量 小于该粒径 的累计百分含量 土样 描述:
粒组标准：
0.1 粗粒土 卵石 砾石
粗 中
20 5
细粒土 粉粒 0.05 粘粒 胶粒 mm 0.005 0.002
砂粒
细 粗 中 细 极细
d
60
2
0.5 0.25
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
分散剂：4％六偏磷酸钠
-1000ml
比重计
搅拌器
颗粒静水沉降速度计算：

2 9
( s w ) g

r
2
－－－－斯托克斯公式 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。
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
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。
若将颗粒半径r以直径d代之，并用毫米表示，则

2 9
( s w ) g

r
2
d取mm为单位

2 9
( s w ) g

(
d 2
2 cm 10mm
)

2 9
( s w ) g


d2 4

1 100
即
( s w ) g 1800
卵石粒(碎石粒) 粉粒 粘粒
粉 粘 粘粒
粉粒
粗 细 粗
细 粒
粉粒 粘粒
粒组标准：
•漂
200
卵
20
砾
2
砂
0.005 0.074 0.075
粉
0.005
粘
粒径mm
>800 800～400 400 ～200 200 ～100 100 ～60 60 ～40 40 ～20 20 ～10 10 ～5 5 ～2 2 ～0.5 0.5 ～0.25 0.25 ～0.1 0.1 ～0.075 0.075 ～0.05 0.05 ～0.01 0.01 ～0.005 0.005 ～0.002
0.005
0.001
• 由累计曲线可求得任一粒径区段的百分含量、 • 用累计曲线表示土的粒度成分，可对一个地区 任一百分含量的最大粒径、土的不均匀系数和 的土样进行对比，比较直观醒目。 曲率系数等。
小于某粒径之土质量百分数（％）
特征粒径: d50 : 平均粒径 d60: 控制粒径 d10 : 有效粒径 d30 : 控制粒径
粒径mm
>800
粒组的名称 方案一 方案二 方案三
1、方案二 1、方案三来源1、方案一来源： 漂石粒 大 漂石粒 我国广泛应用的粒组划分方案 800～400 中 漂石粒(块石粒) 来源： 国家标准《土的分 （块石粒） (块石粒) 巨 水电部《土工试验操作规程》 400 ～200 小 粒 《建筑地基基 类标准GBJ— 1962 200 ～100 极大 卵石粒 100 ～60 大 (碎石粒) 卵石粒 础设计规范》 145—90》地矿部 卵石粒(碎石粒) 地矿部《土工试验规程》 60 ～40 （碎石粒） 中 89、2002 粗砾粒 标准《土工试验规 1982 40 ～20 小 《岩土工程勘 砾 20 ～10 粗 程DT—92》。 粒 察规范》 2、符合量变到质变的规律； 10 ～5 中 砾粒 圆砾粒(角砾粒) 细砾粒 粗 2、90年代以后广 GB50021—94 5 ～2 细 粒 3、与现代粒度分析技术相适 2 ～0.5 2、90年代以 泛应用 粗 粗 粗 砂 应； 砂 0.5 ～0.25 中 中 中 后广泛应用 砂粒 粒
粒组的名称 方案一 方案二 大 中 小 极大 大 中 小 粗 方案三
漂石粒 （块石粒）
漂
卵
漂石粒(块石粒)
巨 粒
漂石粒(块石 粒) 卵石粒(碎石 粒)
卵石粒 （碎石粒）
砾粒
砾
砂
中 细 粗 中 细 极细
砂粒
• 各粒组，由于其 粗砾粒 土粒大小、矿物 砾 粒 成分、化学成分 圆砾粒(角砾粒) 细砾粒 粗 的不同，表现出 粒 粗 粗 的工程地质性质 砂 砂 中 中 粒 粒 也有很大差异。 细 细
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。
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；
<0.1
720
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1
100 160 180 240 220 380 720
水分法
P % 95 87 78 66 55 36
小于某粒径之土质量百分数P（％）
2000g
土的粒径级配累积曲线
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
粒径(mm)
d
2

( s w ) g 1800
d A
2
( s w ) g 1800
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2.7 g／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：
Ad
2 或者：
d
1 A

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。
0.01 0.005
土的三相组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用
重要影响
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。
粒组的名称 方案一 方案二 大 中 小 极大 大 中 小 粗 方案三
漂石粒 （块石粒）
漂石粒(块石粒)