粒径分析：筛分法与沉降法

自然界的土壤包括珊瑚沙土，是由大小不同的土粒组成的，土粒的粗细变化影响土层的地质特性，也引起水文地质参数的变化。为反映土壤的性质与粒径构成，常选取土壤试样对土粒进行分析，根据粒径大小进行分组，按由大到小的顺序分别为漂石粒、卵石粒、砾粒、沙粒、粉粒、黏粒，并以各组土粒质量占试样总质量的百分数表示土粒的组成，称为“土的级配”。我国水利部标准规定的粒径分组见表3.1。

表3.1　粒径分组

（1）分析试验

土粒分析试验依据分析对象粒径可分为两大类：筛分法和沉降法。沉降法适用于小于0.075 mm土壤颗粒的分析，筛分法用于粒径大于0.075 mm土壤颗粒的分析。根据对西沙永兴岛珊瑚沙土采样分析结果，土粒粒径均在0.01 mm以上。因此，分析珊瑚沙粒可用筛分法。

筛分法就是用一套孔径大小不同筛子对试样进行筛分，区分出不同大小的土粒。筛子有粗筛和细筛之分。粗筛孔径为60、40、20、10、5、2 mm，细筛孔径为2、1、0.5、0.25、0.075 mm。试验时，取孔径为20、10、5、2、1、0.5、0.25、0.075 mm的筛子，按从上到下、孔径由大到小的顺序将筛子依次叠好，将珊瑚沙土试样风干，称取1 000 g风干试样放入最上层筛中，连筛带试样放置到振筛机上，充分摇振10～15 min。由上面最大孔径的筛开始，向下依次取下各筛，称量留在各级筛上及筛底底盘上的试样质量，按下式计算小于某粒径的试样质量占总试样质量的百分比X，即

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式中　mi——小于某粒径的试样质量，g；

　　　m——总试样质量，g。

（2）级配曲线

根据分析试验的结果，以粒径（mm）的对数为横坐标、小于某粒径试样质量占总试样质量的百分比为纵坐标，在对数坐标纸上绘制曲线，即得珊瑚沙土的级配曲线。图3.1为测得的永兴岛珊瑚沙土的级配曲线。

图3.1　永兴岛珊瑚沙土的级配曲线

从颗粒级配曲线可以求得土粒的有效粒径d10、特征粒径d30、中值粒径d50和控制粒径d60的值。永兴岛珊瑚沙土的有效粒径d10特征粒径d30、中值粒径d50和控制粒径d60分别为0.82、2.5、3.8、4.7 mm。由这些特征值可以计算两个重要的土壤指标，即不均匀系数Cu＝d60/d10＝5.7和曲率系数Cc＝（d30）2/（d10 d60）＝1.62。按级配标准，Cu＞5且1＜Cc＜3的土为土粒大小不均、级配良好的土。按照GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》，粒径大于2 mm土粒质量超过总质量50%的土为碎石土。永兴岛珊瑚沙土粒径大于2 mm的试样含量为77.13%，不均匀系数Cu＝5.7和曲率系数Cc＝1.62。由此可判断永兴岛珊瑚沙土大小颗粒混杂、粗颗粒成分较高，分选性较差。