土的颗粒级配曲线电子教材
土的颗粒分析曲线
<0.075mm颗粒含量（%） 土粒密度
杯质量(g) 吸管内土质 量(g) 100量筒内土质量(g) 小于某粒径土质量百分数 (%)
取样深度
杯+土质量 (g)
Hale Waihona Puke 小于2mm土质量 ＝小于该孔 径 的土质量 (g)
小于2mm土占总质量% ＝ 29.5
小于2mm取试样质量 ＝ 100 g
占总土质 量 百分比(%)
757
小于该孔径 土 质量百分比 (%)
累计留筛土 粘于该孔径的 小于该孔径土 孔径(mm) 质量(g) 土质量(g) 质量百分比 (%)
2 60 40 20 10 5 2 0 0 132 356 598 725 2568 2568 2436 2080 1482 757 100.0 100.0 94.9 81.0 57.7 29.5 1 0.5 0.25 0.075
0 37.8 42.5 55.6 79.8
100 62.2 57.5 44.4 20.2
100.0 62.2 57.5 44.4 20.2
29.5 18.3 17.0 13.1 6.0
二、土的颗粒大小分析试验记录（移液管法） >0.075mm颗粒含量（%） 烘干土质量
粒径 ＜0.05 ＜0.01 ＜0.005 ＜0.001 备注 颗粒大小级配曲线如试-02表。 杯号
土的大小颗粒分析试验记录
合同号： 试验单位 试验编号 试样地点 试样说明 拟定用途 #REF! #REF! 土质均匀，无杂物 #REF! 试验规程 试验者 校核者 试验日期 #REF! JTG E40-2007 共 5 页第 3 页
一、土的颗粒大小分析试验记录 筛前总土质量 ＝ 2568
留筛土质 孔径(mm) 量(g)
用质量百分数来表示表述方法粒径级配累积曲线
§1.1 土的形成 §1.2 土的三相组成 §1.3 土的物理状态 §1.4 土的结构 §1.5 土的工程分类 §1.6 土的压实性
1
§1 土的物性与分类
§1.1 土的形成形成过程 Fra bibliotek成条件影响
物理力学 性质
土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物
岩石
风化 搬运、沉积
颗粒大小 影响土性 的主因
各粒径成分 在土中占的 比例 狭义的粒径级配
8
§1 土的物性与分类
§1.2土的三相组成
一. 固体颗粒
颗粒大小
•粒组
按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类
•界限粒径 0.1
粗粒
(mm)
细粒
粉粒 0.05
粘粒
d
砾石
粗 中
砂粒
细 粗 中 细 极细
胶粒
60
20
5
2
0.5 0.25
0.005
4
§1 土的物性与分类
§1.1土的形成
2. 搬运与沉积
运积土
有搬运
重力: 坡积土 土粒粗细不同，性质不均匀 洪积土 有分选性，近粗远细 冲积土 浑圆度分选性明显，土层交迭 流水: 湖泊沼泽沉积土 含有机物淤泥，土性差 海相沉积物 颗粒细，表层松软，土性差 冰川: 冰积土 土粒粗细变化较大，性质不均匀 风：风积土
土
地球
地球
2
§1 土的物性与分类
§1.1土的形成
一. 风化
物理风化
岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的 影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动 母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的 过程中因碰撞和摩擦而破碎 作用而改变其矿物的化学成分，形成 新的矿物 量变 无粘性土 原生矿物 质变
颗粒级配曲线
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”。
固体颗粒-粒径级配粒径级配-六安职业技术学院
筛下质量（g） 200 百分数P(%) 100
小于某粒径之土质量百分数P（％）
5.0
2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075)
66
55
22
筛 分 法
38 36 72
水分法
粒径(mm) 百分数P(%)
粒径(mm) 0.05 0.01 26 13.5
0.01 0.005
0.005 10
0.001
粗 中
20
5
60
2
0.5 0.25
中 细
0.075
0.005
粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。 细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。
固体颗粒 - 颗粒大小
六安职业技术学院
Luan Vocational Technical College
土的颗粒级配曲线
粒径级配：各粒组的相对含量，用质量百分
Hale Waihona Puke 土的颗粒级配曲线0
P 100 95 87 78
粒径(mm) 筛上质量（g） 10 0 5.0 10 190 95 2.0 16 174 87 1.0 18 156 78 0.5 24 132 66 0.25 22 110 55 0.1 38 72 36 0.075 72 0 0
孔径
10
200g土
筛余 10 16 18 24
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配 累积曲线
六安职业技术学院
Luan Vocational Technical College
路基级配砾石垫层颗粒大小级配曲线2012.8
6.8
8.8
10.7 8.5 12.6
5210.0 3459.0 2198.0 1258.0
5210.0 8669.0 10867.0 12125.0
试验：
计算：
监理：
日期：
20 10 5 2 0.5 0.075
84.5 117 96 86.5 58 37 21
5.07 7.02 5.76 5.19 3.48 2.22 1.26
小于该孔径的 累积留筛 干 小于该孔径的 小于该孔径的总土 土质量百分数 土质量（g） 干土质量（g） 质量百分数（%） （%） 0.0 12125.0 6915.0 3456.0 1258.0 0.0 100.0 57.0 28.5 10.4 0.0 45.1 25.7 12.9 4.7 0.0
40 20 10 5 ＜5
图3 图1
报告编号:
颗粒大小分配曲线 图4 颗粒大小分配曲线 葛洲坝集团滚哈布奇勒水电站前期进场道路Ⅱ标段 路基级配砾石垫层颗粒大小级配曲线 （2012年7月22日）
100 90
小于某粒径的土质量百分数(%)
80 70
土 粒 粒 径 (mm)
1
0.1
0.01
取样地点：砂石料场
筛孔径 （mm） 盘+干土质量 （kg）
干土总质量：
47.4
(kg)
盘+干土质量 （g）
土质量
12125.0
g
小于该孔径的干 累积留筛干土质 小于该孔径的干 筛孔径 土质量百分数 量（kg） 土质量（kg） （mm） （%） 0.0 6.8 17.5 26.0 38.6 47.4 40.6 29.9 21.4 8.8 100.0 85.6 63.1 45.1 18.6 2 0.5 0.075 ＜0.075
（完整版）颗粒级配
（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。
土力学教材
-5-
【例题 1-1】取烘干土 200g（全部通过 10mm 筛），用筛分法求各粒组含量和小
于某种粒径（以筛眼直径表示）土量占总土量的百分数。
解：（1）将筛分结果列于表 1.7
表 1.7 某种土的筛分结果
筛孔直径 筛上土的质量 筛下土的质量（即 筛上土的质量占总 小于该筛孔土的质
（mm） （即粒组含 小于某粒径土的含 土质量的百分数 量占总土质量的百
岩石和土在不同的风化作用下形成不同性质的土。风化作用主要有物理风化、 化学风化和生物风化。
(1)物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度的变化，不均匀的 膨胀与收缩破碎，或者运动过程中因碰撞和摩擦破碎。只改变颗粒的大小和形状， 不改变矿物颗粒的成分称为物理风化。只经过物理风化形成的土是无粘性土，一般 也称为原生矿物。
硅氧四面
铝氢氧八面体
硅氧晶
铝氢氧晶片
片图 1.2 粘土矿物晶片及结 构
(a)
(b)
(e)
(c)
(d)
图 1.3 粘土矿物构造
(a)高岭石的基本构造单元 (b)蒙脱石和伊利石的基
本构造单元 (c)高岭石的晶体构造 (d)蒙脱石的晶体
构造 (e)伊利石的晶体构造
-3-
2）级配曲线法：是一种图示方法，通常用半对数纸绘制，横坐标表示某一粒径， 纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分含量。如图 1.5 所示。级配曲线上：d60 与 d10 的比值称为不均匀系数 Cu ，即：
用颗粒级配曲线法表示土样
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。
《土力学与地基基础》第3章 土的物理性质和工程分类
基本指标 （试验）
非基本指标 （换算）
土工试验（钻孔取岩芯）
XY-1钻机
（图在课本第44页）
岩芯管
土工试验（岩芯）
表层 岩芯
深层 岩芯
钻孔号
土工试验（岩芯取样）
环刀取样 环刀土样
环刀
土工试验（实验室）
（课本第40页） 土的质量密度（ρ）：简称土的密度
——土的总质量与总体积之比。
m ms mw 单位：g/cm3
St
原状土的强度 qu 重塑土的强度 q'u
黏性土受扰动后强度降低，会对工程建设非常不利，
所以在施工时应该尽量减少对土结构的扰动。
根据灵敏度可将 饱和黏性土分为：
低灵敏度土 中灵敏度土 高灵敏度土
1< St≤2 2< St≤4 4< St
第三节 土的三相比例指标
土的物理性质：
（课本第40页）
——是土的三相的质量与体积间的相互比例关系，
——土中水的质量与土粒质量之比。
w mw 100 % m ms 100 %
ms
ms
单位：%
mw——水的质量， ms——土粒质量。
天然含水率标示土的天然含水程度（即湿度），与 土的种类、埋藏条件及其所处自然地理环境等有关。
（课本第40-41页）
土的含水率（w）——土中水的质量与土粒质量之比。
压强度）（压缩系数、压缩模量）
9、直接剪切试验：测抗剪强度 （黏聚力、内摩擦角）
10、三轴剪切试验：测抗剪强度 （黏聚力、内摩擦角）
土工试验（成果表）
土的物理性质指标（三相比例指标）
（课本第40-42页）
土的三相 比例指标
比重 天然含水率 天然密度
土的颗粒级配曲线电子教材
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。
土的粒径级配分析
由以上数据代入计算：不均匀系数 ，曲率系数 。 ， ，可以判断该中砂土级配良好。
0.005
相对含量(%)
0
4.5
16.9
52.4
85.9
99.9
最先满足的条件是：粒径 的颗粒超过总质量的50%，故而可以判断该土的名称为中砂。
（2）由表格1列出下面表格2：
<粒径(mm)
10
2
0.5
0.25
0.075
0.005
相对含量(%)
100
95.5
83.1
47.6
14.1
0.1
根据上面新做出的的表格，建立合适的半对数坐标，描点，连线，绘制出下图中的曲线：
某无粘性土样的颗粒分析结果列于下表，试定出该土的名称，绘制出该土的土颗粒的级配曲线，并判断该土的级配性能。
粒径(mm)
相对含量(%)
4.5
12.4
35.5
33.5
14.1
答：
（1）根据上述表格，列出下面表格1（另外假设小于0.005mm的颗粒含量约为0.1%）：
>粒径(m
0.075
粒径级配曲线的绘制
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。
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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。