CN110411916B - 一种巨粒土的颗粒级配测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巨粒土的颗粒级配测试方法，解决了传统土体颗粒分析试验存在的缺陷，对巨粒土以及含粗大颗粒类土体难以准确掌握堆积物颗粒粒度分布及级配的问题。本发明包括以下步骤：采用线密度法测量等效粒径大于D的土体颗粒的各粒组的质量占比，并计算等效粒径大于D的土体颗粒的所有粒组的总质量占比，再结合室内试样的等效粒径小于等于D的土体颗粒的称取重量计算土体颗粒的总质量，根据室内筛分法获取等效粒径小于等于D的土体颗粒的各粒组的质量，从而计算出等效粒径小于等于D的土体颗粒的各粒组的质量比，通过结果绘制级配曲线，本发明具有满足含有较大粒径颗粒的巨粒土等土体的粒径大小及成分进行精确分析等优点。

Description

一种巨粒土的颗粒级配测试方法

技术领域

本发明涉及土体颗粒级配分析技术领域，具体涉及一种巨粒土的颗粒级配测试方法。

背景技术

颗粒的大小称为“粒径”，又称为“粒度”或者“直径”，其定义：当被测颗粒的某种物理特性或某一直径的同质球体(或组合)最相近时，就把该球体的直径(或组合)作为被测颗粒的粒径(等效粒径)。

粒度的测量实质上是通过把被测量颗粒和同一种材料构成的圆球相比较而得出的，不同原理的仪器选不同的物理特性或物理行为作为比较的参考量，例如沉降仪选用沉降速度，激光粒度仪选用散射光能分布，筛分法选用颗粒能否通过筛孔等。

组成土体的颗粒是大小不同粒径的集合体，土中不同大小颗粒所占比例称为土的级配，土体级配情况与土的工程分类和工程性质密切相关。通过土体颗粒分析试验，可以测定土的粒径大小和级配状况，为土的工程分类和了解土的工程性质提供依据。目前颗粒粒度成分分析试验方法，主要采用规范《土工试验方法标准》中的粒度分析试验方法，如筛析法(0.075-60mm)、密度计法、移液管法(<0.075mm)，以及未进入规范中的激光粒度仪也可用于颗粒分析测试，目前各种土体颗粒分析实验方法都有其适用的粒径范围。

巨粒土是指巨粒粒组颗粒粒径大于60mm质量多于总质量15％的土，松散的巨粒土如泥石流堆积、崩坡积、洪积、冰碛物等往往分布有漂(块)石这类米级、亚米级的粒径颗粒，常规的室内颗粒分析方法难以准确掌握这类堆积物粗粒组的粒径分布及含量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：传统土体颗粒分析试验存在的缺陷，对巨粒土以及含粗大颗粒类土体难以准确掌握堆积物颗粒粒度分布及级配。

本发明提供了解决上述问题的一种巨粒土的颗粒级配测试方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种巨粒土的颗粒级配测试方法，包括如下步骤：

步骤1：现场布置测网，并测量测网范围内土体颗粒的等效粒径，根据测得的结果计算等效粒径大于D的各粒组土体颗粒在测网范围内试样总质量m的质量占比为X_i，所述X_i通过以下公式计算：

所述公式(1)中的i表示等效粒径大于D的第i个粒组，d_n表示第i个粒组的第n颗土体颗粒的等效粒径，L表示总测线长度。

步骤2：通过步骤1中得到的X_i，计算等效粒径大于D的所有粒组土体颗粒在测网范围内试样总质量m的质量占比X，所述X通过以下公式计算：

所述公式(2)中所述r表示等效粒径大于D的粒组数量。

步骤3：剔除测网范围内试样中等效粒径大于D的土体颗粒，称取等效粒径小于等于D的试样质量Y，结合等效粒径大于D的土体颗粒的质量占比X计算测网范围内的试样总质量m：

m＝Y/(1-X) (3)

步骤4：通过室内筛分实验测定测网范围内试样中等效粒径小于等于D的土体颗粒各粒组含量，并计算试样中等效粒径小于等于D的土体颗粒各粒组各粒组的质量x_j，结合试样总质量m计算等效粒径小于等于D的土体颗粒各粒组质量占比为：x_j/m，所述j表示等效粒径小于等于D的第j个粒组。

通过以上计算，可得知试样土体中各粒组的质量占比，其中等效粒径大于D的各粒组土体颗粒的质量占比为X_i，等效粒径小于等于D的各粒组土体颗粒的质量占比为x_j/m。

本发明中在计算测网范围内等效粒径大于D的土体颗粒的质量占比时，由于所测土样颗粒密度相差不大，引入“线密度”的原理，将质量比等效为等效粒径与测线长度的比值，为待测区域中等效粒径大于D的土体颗粒的粒径及其分布的测试提供了一种准确的分析方法。

本发明优选一种巨粒土的颗粒级配测试方法，所述步骤4之后还包括步骤5，所述步骤5为：绘制级配曲线，所述级配曲线的横轴为等效粒径，所述级配曲线的纵轴为小于或大于某粒组的等效粒径的累计质量百分比含量。

采用粒径累计曲线来表示土体的颗粒级配，粒径累计曲线的横坐标为粒径，纵坐标为小于或大于某粒径的累计百分含量，并采用对数坐标系表示。有粒径累计曲线的坡度可以大致判断土粒均匀程度或级配是否良好。如曲线较陡，表示粒径大小相差不多，土粒较均匀，级配不良；反之，曲线平缓，则表示粒径大小相差悬殊。土粒不均匀，级配良好。

本发明优选一种巨粒土的颗粒级配测试方法，所述步骤1中的测网的长为2m，宽为1m，测网的长宽以能使所布置测网范围内土体颗粒大小能代表土体粒径组成情况。经过大量实践证明，采用长2m宽1m的测网范围内的试样与土体粒度组成情况相似。

本发明优选一种巨粒土的颗粒级配测试方法，所述等效粒径为颗粒短轴方向最大切线间距离。

本发明优选一种巨粒土的颗粒级配测试方法，所述测网包括主测线和辅助测线，所述主测线为测网的四边，所述辅助测线位于所述测网的内部且与所述主测线平行或垂直。

本发明优选一种巨粒土的颗粒级配测试方法，所述主测线的条数为4条，辅助测线的条数为3条。

本发明具有如下的有益效果：

1.本发明通过引入线密度的原理，合理计算试样土体中等效粒径大于D的各粒组土体颗粒的质量占比，方法简单且可靠性高。

2.本发明通过室内筛分法测量并计算出等效粒径小于等于D土体颗粒各粒组的质量占比，并结合效粒径大于60mm的土体颗粒的质量占绘制土体颗粒的级配曲线，根据级配曲线判断现场巨粒土的粒度及分布，从而判断其级配情况。

3.本发明为巨粒土的颗粒级配提供了一种可靠的测试方法，适用性强，对了解土的工程分类和工程性质具有重要意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明测网布置示意图。

图2为本发明等效粒径测量示意图。

图3为本发明A-D主测线上土体颗粒等效粒度量测示意图。

图4为本发明的颗粒级配曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

本实施例基于现有巨粒土粒组分类进行巨粒土的颗粒级配现场测试，包括如下步骤：

(1)试验土样粒组分类

粒组是指对土体颗粒大小进行分组，将粒度接近的归成一类。本发明颗粒粒组的划分如1所示：

表1

(2)现场布置测网

初步判断现场试样颗粒粒度组成情况，选取典型断面，合理布置测网，如图1所示，其中测网中的四边为主测线，其它为辅助测线。测网的长宽以能使所布置测网范围内土体颗粒大小能代表土体粒径组成情况。经过大量实践证明，采用2m×1m的测网基本可以代表土体粒度组成情况。

在图中，测网范围为ABCD围合的范围，主测线为A-B、B-C、C-D、D-A；辅助测线为1-1’、2-2’、3-3’。

(3)现场量测

在测网范围内，利用皮尺或其它工具测量每条测线，包括主测线和辅助测线上土体颗粒等效粒径大于60mm(碎石或卵石粒组)并逐一记录，详见表2，本发明以测线A-D为例，量测方法如图3所示，最终得到7条测线上所有等效粒径大于60mm的土体颗粒的等效粒径，如表2所示。其中土体颗粒等效粒径为颗粒短轴方向最大切线间距离d，如图2所示。

表2

然后依据粒组划分方案对现场测量得到的等效粒径大小对其进行粒组分类，由于所测土样颗粒密度相差不大，则可以根据所测等效粒径之和与测线长度之比得到等效粒径大于60mm的各粒组土体颗粒在测网范围内试样总质量m的质量占比为X_i，如下式：

所述公式(1)中的i表示等效粒径大于60mm的第i个粒组，d_n表示第i个粒组的第n颗土体颗粒的等效粒径，L表示总测线长度。

(4)取样及室内筛分实验

在测网面，现场除去表部堆积物后，沿垂向上均匀取样，并剔除样品中大于60mm的土体颗粒，采集等效粒径小于60mm的试样质量Y，按相关规范开展室内颗粒分析试验，按照《土的工程分类标准》(GB/T 50145-2007)进行粒组的划分，即将小于等于60mm的土体颗粒粒组分为：砾石、砂粒、粉粒和黏粒，所述砾石的等效粒径为2-60mm，所述砂粒的等效粒径为0.075-2mm，，所述粉粒的等效粒径为0.005-0.075mm，所述黏粒的等效粒径小于等于0.005mm。并按照《土工试验方法标准》(GB/T 50123-1999)规范中的颗粒分析试验方法进行试样各粒组含量的测定，继而得到室内试样各粒组的质量x_j。

根据前面粒度级配的定义，土体中不同粒度颗粒所占质量比，由于室内试验所用的试样已经剔除大颗粒，不能得到土样总质量，通过现场量测，我们知道土样中等效粒径大于60mm的土体颗粒占总质量m的质量占比为X：

则等效粒径小于等于60mm即室内取样实验质量占比为1-X，同时有室内试验所取试样质量为Y，因此可得到试样总质量m为：

m＝Y/(1-X)

(3)

则室内试验等效粒径小于等于60mm土体颗粒各粒组质量占比为：x_j/m。

综上，通过本发明得到巨粒土各粒组质量占比(级配)为X_i、x_j/m。

(5)绘制级配曲线

根据前面实验结果，采用粒径累计曲线来表示土体的颗粒级配，粒径累计曲线的横坐标为粒径，纵坐标为小于或大于某粒径的累计质量百分含量，并采用对数坐标系表示。有粒径累计曲线的坡度可以判断土粒均匀程度或级配是否良好。如曲线较陡，表示粒径大小相差不多，土粒较均匀，级配不良；反之，曲线平缓，则表示粒径大小相差悬殊。土粒不均匀，级配良好。

本发明技术方案运用于分析西藏某一条泥石流堆积物的颗粒级配。

现场测量各测线上的土体颗粒等效粒径大于60mm的数据如下表3所示：

表3

测线编号	测线长度(m)	＞60mm颗粒等效粒径(mm)
			A-B	2	130、140、90、170、70、90、80、90
B-C	1	100、110、150、100
			C-D	2	120、170、90、140、70、100、120、80
D-A	1	80、70、70、80、120
			1-1’	1	100、230、180
2-2’	1	90、80
			3-3’	2	110、70、80、70

根据公式(1)计算得到等效粒径大于60mm的各粒组土体颗粒在测网范围内试样总质量m的质量占比为X_i，根据公式(2)求得等效粒径＞60mm的土体颗粒所有粒组的质量占比X＝52％，则室内样品质量占比1-X为48％，取回试样Y＝1.551kg，根据公式(3)计算试样总质量m＝3.231kg，根据室内筛分法获得等效粒径小于等于60mm的各粒组的质量x_j，则可计算出等效粒径小于等于60mm的各粒组的质量占比x_j/m，各结果如下表4所示，根据上述结果绘制试样中的颗粒级配曲线，如图4所示。

表4

针对目前颗粒分析试验在泥石流堆积、崩坡积等含有较大粒径颗粒的巨粒土，传统颗粒分析试验难以满足对此类土体的粒径大小及成分分析。本发明对此提出一种“线密度”的解决方法，全面考虑土体中所有颗粒粒径得到土体的粒径分布及含量多少，使粒度成分分析数据更加准确。本发明方法简单，易理解，操作流程少，更加科学、系统。为以后在相似条件下进行颗粒分析试验，提供一定的方便。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种巨粒土的颗粒级配测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：现场布置测网，并测量测网范围内土体颗粒的等效粒径，根据测得的结果计算等效粒径大于D的各粒组土体颗粒在测网范围内试样总质量m的质量占比为X_i，所述X_i通过以下公式计算：

公式(1)中的i表示等效粒径大于D的第i个粒组，d_n表示第i个粒组的第n颗土体颗粒的等效粒径，L表示总测线长度；

步骤2：通过步骤1中得到的X_i，计算等效粒径大于D的所有粒组土体颗粒在测网范围内试样总质量m的质量占比X，所述X通过以下公式计算：

公式(2)中的r表示等效粒径大于D的粒组数量；

步骤3：剔除测网范围内试样中等效粒径大于D的土体颗粒，采集等效粒径小于等于D的试样质量Y，结合等效粒径大于D的土体颗粒的质量占比X计算测网范围内的试样总质量m：

m＝Y/(1-X) (3)

步骤4：通过室内筛分实验测定测网范围内试样中等效粒径小于等于D的土体颗粒各粒组含量，并计算试样中等效粒径小于等于D的土体颗粒各粒组的质量x_j，结合试样总质量m计算等效粒径小于等于D的土体颗粒各粒组质量占比为：x_j/m，所述j表示等效粒径小于等于D的第j个粒组。

2.根据权利要求1所述的一种巨粒土的颗粒级配测试方法，其特征在于，所述步骤4之后还包括步骤5，所述步骤5为：绘制级配曲线，所述级配曲线的横轴为等效粒径，所述级配曲线的纵轴为小于或大于某粒组的等效粒径的累计质量百分比含量。

3.根据权利要求1或2所述的一种巨粒土的颗粒级配测试方法，其特征在于，所述步骤1中的测网的长为2m，宽为1m。

4.根据权利要求1或2所述的一种巨粒土的颗粒级配测试方法，其特征在于，所述等效粒径为颗粒短轴方向最大切线间距离。

5.根据权利要求1或2所述的一种巨粒土的颗粒级配测试方法，其特征在于，所述测网包括主测线和辅助测线，所述主测线为测网的四边，所述辅助测线位于所述测网的内部且与所述主测线平行或垂直。

6.根据权利要求5所述的一种巨粒土的颗粒级配测试方法，其特征在于，所述主测线的条数为4条，辅助测线的条数为3条。

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