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粒分析试验

第一节概述

颗粒分析试验是测定干土中各粒组含量占该土总质量的百分数。土的颗料大小、级配和

粒组含量是土的工程分类的重要依据。土粒大小与土的矿物组成、力学性质、形成环境等均

有直接联系。因此，土的颗料大小是土的重要特征。颗粒分析试验是土工基本试验之一，其

成果的准确性常影响土工建筑物设计方案甚至稳定性。

第二节试验原理

土粒的粒径变化范围非常大（粒径由大于60mm到小于0.002mm），故对不同的粒组采

用不同的试验方法粗粒组一般用筛析法，细粒组采用密度计法或移液管法。不同的试验方

法其试验原理也不同。

一、粗粒组筛析法试验原理

对于粒径大于0.075mm的粗粒土，一般采用筛析法分析土的颗粒大小。筛析法是采用

不同孔径的分析筛，由上至下孔径自大到小叠在一起。试验时，取质量为的干土放入最上的

筛里，通过筛析后，得到不同孔径筛上土质量，进而计算出粒组含量和累积含量。

二、粗粒组密度计法试验原理

司笃克斯（Stocks）研究微小球体在水中下沉时，发现球体的运动近似满足如下规律；

1．小球体在水中沉降的速率是恒定的；

2．小球体沉降速率大小与球体直径的平方成正比。

上述规律可用下式表示

GGg

swt2

vw4Cd（4-1）

1800



式中——颗粒直径，mm；

——颗粒沉降速率，cm/s；

——4℃时水的密度，1.0g/cm3；

w4C

——水温时水的比重；

——水温时水的动力粘滞系数，102kPas；

——土粒比重；

g9.81m/s2

——重力加速度，。

由式（4-1）知，颗粒比重一定时，颗粒愈大，在水中沉降的速率愈快。现将一定质量

的土与水搅拌成总体积为的均匀悬液，然后观察悬液中颗粒下沉情况和悬液浓度的变化。为

研究方便，取距悬液表面为的薄层MN来分析，如图4—1所示。

t0

试验开始时（时刻），悬液均匀，悬液中自上至下各粒组均匀分布，然后土粒开始

下沉，大颗粒下沉比较快，细颗粒下沉比较慢。设在时刻，的颗粒刚好从悬液表面下沉到MN

MNt0

层，那么该时刻在层中，没有的颗粒，而≤的颗粒浓度与起始时刻(相同)。因此，

如果我们已知，则颗粒下沉速度为

（4-2）

将（4-2）代入（4-1）得

dkLt（4-3）

i1i

1800



式中——粒径计算系数k1与悬液温度和土粒比重有关，可由图

GGg