土的颗粒级配曲线电子教材

颗粒级配曲线颗粒级配曲线是根据颗分试验成果绘制的曲线，采用对数坐标表示，横坐标为粒径，纵坐标为小于（或大于）某粒径的土重（累计百分）含量。

它反映了土中各个粒组的相对含量，是直观反映泥沙样品颗粒级配组成的几何图形,也是计算有关特征值和资料整编的重要依据，根据颗粒级配曲线的坡度可以大致判断土的均匀程度或级配是否良好。

1．1 土的生成土是岩石经风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程，在复杂的自然环境中所生成的各类松散沉积物。

在漫长的地质历史中，地壳岩石在相互交替的地质作用下风化、破碎为散碎体，在风、水和重力等作用下，被搬运到一个新的位置沉积下来形成“沉积土”。

风化作用与气温变化、雨雪、山洪、风、空气、生物活动等(也称为外力地质作用)密切相关，一般分为物理风化、化学风化和生物风化三种。

由于气温变化，岩石胀缩开裂、崩解为碎块的属于物理风化，这种风化作用只改变颗粒的大小与形状，不改变原来的矿物成分，形成的土颗粒较大，称为原生矿物；由于水溶液、大气等因素影响，使岩石的矿物成分不断溶解水化、氧化、碳酸盐化引起岩石破碎的属于化学风化，这种风化作用使岩石原来的矿物成分发生改变，土的颗粒变的很细，称为次生矿物；由于动、植物和人类的活动使岩石破碎的属于生物风化，这种风化作用具有物理风化和化学风化的双重作用。

土是自然、历史的产物。

土的自然性是指土是由固相(土粒)、液相(粒间孔隙中的水)和气相(粒间孔隙中的气态物质)组成的三相体系。

相对于弹性体、塑性体、流体等连续体，土体具有复杂的物理力学性质，易受温度、湿度、地下水等天然环境条件变动的影响。

土的历史性是指天然土层的物理特征与土的生成过程有关，土的生成所经历的地质历史过程以及成因对天然土层性状有重要的影响。

在地质学中，把地质年代划分为五大代(太古代、元古代、古生代、中生代和新生代)，每代又分若干纪，每纪又分若干世。

上述“沉积土”基本是在离我们最近的新生代第四纪(Q)形成的，因此我们也把土称为“第四纪沉积物”。

（完整版）颗粒级配
粒径级配累积曲线的应用
土的粒径级配累积曲线是土工上最常用的曲线，从这曲线上可以直接了解土的粗细，粒径分布的均匀程度，和级配的优劣。

土的粗细常用平均粒径d50表示，它是指土中大于此粒径和小于此粒径的土的含量均占50%。

d10：小于此种粒径的土的质量占总质量的10%，也称有效粒径。

d30：小于此种粒径的土的质量占总质量的30%。

d60：小于此种粒径的土的质量占总质量的60%。

也称控制粒径。

定义土的不均匀系数Cu为：
C u=d60/d10
C u愈大，表示土愈不均匀，即粗颗粒与细颗粒的大小相差悬殊。

如果颗粒级配曲线是连续的，C u愈大，则曲线愈平缓，表示土中含有许多粗细不同的颗粒，也即颗粒的变化范围宽。

C u＞5的土称为不均匀土，反之称为均匀土。

不均匀土经压实后，细颗粒充填于粗颗粒形成的孔隙中，容易得出较高的密度和较好的力学特性。

土的颗粒级配累积曲线的斜率是否连续可用曲率系数Cc表示，其定义为：
C c=d230/（d60*d10）
当级配连续时，C c的范围约为1-3.因此，当C c＜1或Cc＞3时，均表示级配曲线不连续。

从工程观点看，土的级配不均匀（C u ＞＝5），且级配曲线连续（C c=1-3）的土，称为级配良好的土，不能同时满足上述两个要求的土，称为级配不良的土。

用颗粒级配曲线法表示土样
颗粒级配曲线法表示土样有几个特点：
首先，它可以直观地显示土壤的粒度组成，重量与尺寸曲线图可以很好地描述土壤粒度组成及颗粒尺寸分布情况。

其次，它可以比较准确地表示土壤孔隙结构，重量与体积曲线图可以描述出土壤的孔隙类型及孔隙空间分布情况。

最后，它可以全面描述土壤水分特性，瓶颈曲线图可以描述土壤的吸水性、吸侵性及水分状态等特性。

由此可见，颗粒级配曲线法可以很好地表示土样，广泛应用于各类土壤特性研究中。

土的颗粒级配曲线电子教材
《土工技术与应用》项目组
2015年3月
土的颗粒级配曲线
如图1-1所示，根据土颗粒大小分析试验的成果，以小于某粒径的质量百分数为纵坐标，以土粒粒径的对数为横坐标，在半对数坐标系中点绘成一条曲线，称为土的颗粒级配曲线。

因为土中的粒径通常相差悬殊，横坐标用对数尺度可以把细粒部分的粒径间距放大，而将粗粒部分的间距缩小，把粒径相差悬殊的粗、细粒的含量都表示出来。

尤其能把占总质量小，但对土的性质影响较大的微小土粒部分的含量清楚地表示出来。

图1-1 颗分曲线
在颗粒级配曲线上，可根据土粒的分布情况，定性地判别土的均匀程度或级配情况。

如果曲线的坡度是渐变的，则表示土的颗粒大小分布是连续的，称为连续级配；如果曲线中出现水平段，则表示土中缺乏某些粒径的土粒，这样的级配称为不连续级配。

如图1-2C，粒径在1～2mm之间曲线是水平的，说明该土缺乏这部分粒径的土粒，所以颗粒大小分布是不连续的。

如果曲线形状平缓（如图1-2A土），土粒大小变化范围大，表示土粒大小不均匀，土的级配良好，级配良好的土，粗细颗粒搭配较好，粗颗粒间的孔隙有细颗粒填充，易被压实到较高的密度。

因而渗透性和压缩性较小，强度较大。

如果曲线形状较陡（如图1-2C土），土粒大小变化范围窄，表示土粒均匀，土的颗粒级配不良。

图1-2 不同土的颗分曲线。

摘要：在土石坝施工、爆破粒径控制等工作中，往往需要绘制块径级配曲线图，以确定不均匀系数cu、曲率系数cc及曲线是否平顺、光滑，是否在上下包络线内，从而判断级配是否良好、连续，对于反滤料设计，更是要求严格控制该料的d85、d15等特征值，级配曲线绘制工作量较大，本文中介绍了利用计算机自动计算和图表功能，快速绘制级配曲线的方法，可减轻工作量，提高工作效率，减少出错率，无疑有一定的实用价值。

关键词：级配曲线快速绘制在土石坝施工、爆破粒径控制等工作中，往往需要绘制块径的级配曲线，从而确定不均匀系数cu 、曲率系数cc，判断出该料是否平顺、光滑，是否在设计提出的上下包络线内，而对于反滤料，由于反滤层设在产生渗流的两种粗细明显不同的材料之间，以防止产生渗透变形对于反滤料，其最重要的选择指标即为颗粒级配，因此，级配曲线绘制在土工试验中是必须进行的工作，但由于级配曲线水平座标为对数座标，存在着对数座标互换、百分含量累加、描点、连线等一系列繁杂的工作，工作极为枯燥乏味，一般说来，传统绘制级配曲线的方法主要有如下几种：1、采用对数坐标纸，进行手工绘制。

这种方法，在计算机普及前为主要的绘制方式，一般购买印刷好的对数座标纸（或复印设计提供包络图的图表），人工在横坐标上标出颗粒径料、纵坐标上标出小于某粒径累计百分比，然后按计算出的数据在坐标纸上逐点标出点位，采用曲线板进行拟合，绘出级配曲线，再查出诸如d60、d30、d10等特征值，进行系数计算。

手工绘制级配曲线，效率较低，既不美观，绘出的图表大小固定，不易插在文档中（往往采用在文档中预留地方，粘上曲线图表后再复印），同时换算也容易出错，费工费力，笔者在2003年前，受办公条件限制，均采用这种手工绘制的方法进行级配曲线的绘制。

2、采用autocad这类辅助设计绘图软件绘制级配曲线针对手绘方法存在着不美观、不易与文档结合的情况，在级配绘制上，往往采用辅助设计绘图软件进行绘制，如autocad、电子图版等，在绘制方法，首先采用计算器或excel等工具将各包括图表、粒径等在内的数据换算成对数坐标，然后采用直线、偏移等命令绘出对数座标图，通过手绘曲线命令绘出级配曲线。