土的物理性质指标与碎石类土颗粒分析试验

一、工作任务

通过碎石类土颗粒分析试验知识的学习，学生应能够承担以下工作任务：

（1）掌握土的组成与结构构造特征。

（2）掌握土的基本指标的测定办法。

（3）掌握颗粒分析试验的操作步骤、数据收集及成果的整理分析。

二、相关配套知识

（一）土的组成

土一般是由固体颗粒（土粒）和颗粒之间孔隙中的水和气体所组成，可以把土看成一种三相分散系，即由固相、液相和气相所组成的分散体系。只有在特殊情况下才由两相组成：当土粒间的孔隙全部被水充满时，就形成了饱和土，由固相和液相组成；当土粒间的孔隙中只有空气时，就形成了干土，由固相和气相组成。

1.土 粒

土粒是指土中的固体颗粒，它构成了土体的骨架，其矿物成分、形状和大小是决定土的工程性质的主要因素。

1）土粒的矿物成分

土中颗粒的矿物成分包括原生矿物、次生矿物和腐殖质3部分。

2）土粒的粒径和粒组

天然土都是由大小不同的土颗粒混杂组成的，土粒的直径大小称为粒径。土粒由粗到细逐渐变化时，土的工程性质也相应发生变化，如黏性从无到有、可塑性从无到有、渗透性由大变小、毛细水现象从无到有。粒径大小在一定范围内的土粒，其工程性质也比较接近，可将土中不同粒径的土粒按适当的粒径范围分成若干组，即粒组。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。粒组划分的界限尺寸在不同的国家，甚至同一国家的不同部门根据用途不同都有不同的规定。

《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB 10093—2017）采用的分组界限粒径为 200 mm、60 mm、20 mm、2 mm、0.075 mm、0.005 mm，把土粒分为六大粒组，即漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾、砂粒、粉粒和黏土粒粒组。粒组划分及特性列于表6-4中。

表6-4 土的颗粒分类（TB 10093—2017）

在《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）中，土的颗粒根据表6-5所列粒组范围划分粒组。在《土的工程分类标准》（GB/T 50145—2007）中，土的粒组根据表 6-6 规定的土颗粒粒径范围划分。

表6-5 粒组划分（JTG E40—2007）

表6-6 粒组划分（GB/T 50145—2007）

续表

3）土的颗粒级配

天然土常常是由各种不同大小的土粒组成的混合体，它包含几种粒组的土粒。不同粒组在土中的相对含量，在很大程度上决定着土的工程特性，因此，工程上常以土中各粒组的相对含量表示土中颗粒的组成情况。各粒组的质量占土粒总质量的百分数叫作颗粒级配。

对土的颗粒组成的测定称为粒径分析或颗粒分析。根据土颗粒的粒径大小，采用下列颗粒分析试验：① 筛析法，适用于粒径小于或等于60 mm，大于0.075 mm的土；② 密度计法和移液管法，适用于粒径小于0.075 mm的土。当土中含有粒径大于和小于0.075 mm的颗粒，各超过总质量的10% 时，应联合使用筛析法及密度计法或移液管法。

颗粒级配的表示方法有表格表示法和级配曲线表示法。前者虽然制作简便，但是后者更加便于评价粒径含量的组合情况。以下对应用较广的级配曲线表示法作一说明。

根据颗粒大小分析试验结果，在半对数坐标纸上，以纵坐标表示小于某粒径的土颗粒含量占总质量的百分数（注意是累计百分数，不是某一粒径的百分含量），对数横坐标则表示粒径的大小（因为土颗粒的粒径变化范围很大，适宜用对数比例尺），绘出颗粒级配曲线，如图 6-1 所示。根据曲线的陡缓大致可判断出土的级配良好程度：若曲线较陡（图 6-1 中01线），则表示粒径大小相差不多，土粒均匀，即级配不良，压实时不易获得较大的密实度，但透水性好；若曲线平缓（见图6-1中02线），则表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，即级配良好。级配良好的土，粗粒间的孔隙被细粒所填充，压实时容易获得较大的密实度，这样土的承载力高，压缩性低，适合路基填方。

图6-1 颗粒级配曲线（粒径大小分布曲线）

在工程中，对于粗粒土常采用不均匀系数Cu和曲率系数Cc来评价土的颗粒级配情况，其定义为

式中 Cu——不均匀系数，计算至0.01；

d60——限制粒径，分布曲线上小于该粒径的试样含量占总试样质量 60% 的粒径（mm）；

d10——有效粒径，分布曲线上小于该粒径的试样含量占总试样质量10% 的粒径（mm）。

式中 Cc——曲率系数，计算至0.01；

d30——连续粒径，分布曲线上小于该粒径的试样含量占总试样质量30% 的粒径（mm）。

不均匀系数Cu越大，说明粒径分布曲线越平缓，土粒大小分布范围较大，土粒越不均匀，土的级配良好。Cu越小，粒径分布曲线越陡，土粒大小分布范围较小，颗粒越均匀，级配不良。若曲率系数Cc为l～3时，反映粒径分布曲线形状没有突变，各粒组含量的配合使该土容易实现密实状态。根据工程经验可按如下标准估计土的级配是否良好：Cu≥5且 Cc =1～3时，土粒不均匀，级配良好；Cu＜5且 Cc ≠ 1～3时，土粒均匀，级配不良。

2.土中水

在天然状态下，土中常含有一定数量的水。在常温条件下，根据水和土粒有无相互作用，土中水可分成结合水和自由水。

3.土中气体

土中气体主要是空气和水汽，有时也可能有较多的二氧化碳、沼气及硫化氢等。土中气体有两种存在形式：一种与大气相通；另一种在土的孔隙中封闭着，与大气隔绝。

与大气相通的气体存在于接近地表的孔隙中，其含量与孔隙体积大小及孔隙被填充的程度有关，它对土的工程性质影响不大。

（二）土的结构和构造

1.土的结构

土的结构是指土中颗粒之间的联系和相互排列形式，一般分为如图6-2所示的单粒结构、蜂窝结构和絮状结构等 3 种基本类型，后两种又合称为海绵结构，是细粒土所具有的结构特征。在天然状态下，任何一种土都由多种不同土粒混杂而成，所以真正土的结构也是混合起来的复杂形式。

1）单粒结构

单粒结构是无黏性土的基本组成形式，是由粗大土粒（砾石、砂粒等）在重力作用下，一颗一颗沉积下来而形成的，每个土粒都受到周围各个土粒的支承，土粒间几乎没有联结，如图6-2（a）所示。单粒结构常见于无黏性的砂土和碎石土，土粒排列的紧密程度随其沉积的条件不同而异，由于沉积条件和后来的变化作用不同，又可分为松散的和密实的两种。

图6-2 土的结构

2）蜂窝结构

当较细的土粒（如粉粒粒径为0.005～0.075 mm）在水中下沉碰到已经稳固沉积的土粒时，由于它们之间在接触处的分子吸引力大于其自重，因而土粒将停留在接触面上不再下沉，形成了具有很大孔隙的蜂窝结构，如图6-2（b）所示。

3）絮状结构

细粒土（如黏粒粒径小于0.005 mm）在水中处于悬浮状态，不会因单个颗粒的自重而下沉。但在一定条件下（掺入某些电解质），黏粒会凝聚成团，使重量增加而下沉。一个个粒团在沉积时，和已沉积的粒团接触形成类似蜂窝而孔隙很大的絮状结构，如图 6-2（c）所示。

蜂窝结构和絮状结构，在沉积初期较疏松，一般它们单个孔隙体积远大于土粒本身的尺寸，孔隙总体积也较大，但沉积年代较长久时，上覆土重就比较大，结构会变得较密实。如沉积年代短，未受到较大的压力，其结构还是疏松状态，在外力作用下，将产生较大的压缩。

2.土的构造

土的构造是指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征，通常分为层状构造、分散构造和裂隙构造。

1）层状构造

土粒在沉积过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小不同，沿铅直方向呈层状分布。这种层状构造反映不同年代不同搬运条件形成的土层，是细粒土的一个重要特征。层状构造常见有水平层理构造和交错层理构造，如图6-3所示。

图6-3 层状构造

l—淤泥夹黏土透镜体；2—黏土尖灭层；3—砂土夹黏土层；4—基岩。

2）分散构造

土层颗粒分布均匀，性质相近，常见于厚度较大的粗粒土，如砂与卵石层，如图6-4所示。

图6-4 分散构造

3）裂隙构造

土体被许多不连续的小裂隙所分割，在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物，如图6-5所示。某些硬塑或坚硬状态的黏土具有此种构造而黄土具有特殊的柱状裂隙。裂隙的存在大大降低了土体的强度和稳定性，破坏了土的整体性，增大了透水性，对工程不利。

图6-5 裂隙构造

（三）土的物理性质指标

1.土的三相草图

土是由土粒、水、气体组成的三相分散系。表达土体三相组成之间在体积和质量方面的比例关系的指标称为土的物理性质指标，它们是评价土的工程性质的最基本的指标。这三相在土中本来是交错分布的，但为了便于说明问题，现人为地将这三相抽象地分离并且集中起来，画出如图6-6所示的三相草图（三相图），并用下列符号代表土中这三相的体积和质量：

图6-6 土的三相草图

V——土的总体积（cm3）；

Vv ——土中孔隙的体积（cm3）；

Va ——土中空气的体积（cm3）；

Vw ——土中水的体积（cm3）；

Vs——土中土粒的体积（cm3）；

m——土的总质量（g）；

ma——土中空气的质量（g），忽略不计；

mw ——土中水的质量（g）；

ms——土中土粒的质量（g）。

由三相草图可知土的总体积和总质量分别为

土的物理性质指标，有些可以在试验室内直接测定，称为基本指标（也称实测指标）；另一些可以根据基本指标换算得到，称为导出指标（也称换算指标）。

2.土的基本指标

1）土的密度和重度

（1）定义：单位体积土的质量称为土的质量密度，简称土的密度，用符号ρ表示，单位为 g/cm3或 kg/m3。单位体积土所受的重力称为土的重力密度，简称土的重度（也称容重），用符号γ表示，单位为 kN/m3。

（2）表达式：。

（3）常见数值：土的重度变化范围较大，一般为 16～22 kN/m3（密度为 1.6～2.2 g/cm3），重度大的土比较密实，强度也高。

（4）测定方法：环刀法、蜡封法、灌砂法、灌水法、气囊法、核子射线法。

2）土粒密度、土粒重度和土粒比重

（1）定义：单位体积土粒的质量称为土粒的质量密度，简称土粒密度，用符号 ρs表示，单位为 g/cm3或 kg/m3。单位体积土粒所受的重力称为土粒的重力密度，简称土粒重度，用符号 γs表示，单位为 kN/m3。土粒比重是指土粒与同体积4 °C时纯水的重力之比（或质量之比），也称为土粒相对密度（ds），用符号 Gs表示，无单位。

（2）表达式：。

（3）常见数值：土粒比重（相对密度）多为2.65～2.75；砂土为2.65～2.69，黏性土为2.70～2.75；含有机质较多的土，土粒比重较小，含铁质矿物较多的土，土粒比重较大。

（4）测定方法：量瓶法、浮称法、虹吸筒法。

3）土的含水率（含水量）

（1）定义：土中水的质量与土粒的质量之比或重力之比称为土的含水率（含水量），符号为w，常用百分数表示。

（2）表达式：或。

（3）常见数值：天然土的含水率差别很大，通常为 20%～60%。同一类土，含水率越大，说明土越湿、越软，强度也就越低。

（4）测定方法：烘干法、酒精燃烧法、碳化钙减量法、核子射线法。

3.土的导出指标

1）孔隙比和孔隙率

（1）定义：土中孔隙体积与土粒体积之比称为孔隙比，符号为e，用小数表示。土中孔隙体积与土的体积之比称为孔隙率（孔隙度），符号为n，常用百分数表示。

（2）表达式：。

（3）常见数值：孔隙比范围多为0.25～4.0。砂土为0.3～0.9，一般黏性土为0.4～1.2。少数近代沉积未经压实黏性土可大于4，泥炭一般为5～15，有的高达25。对于同一种土，孔隙比越小，土越密实；孔隙比越大，土越疏松。所以它是表示土的密实程度的重要物理性质指标。一般黏性土的孔隙率为30%～60%，砂土为25%～45%。

（4）换算公式：在如图 6-7 所示的三相草图中，假设土粒的体积Vs=1，则有Vv=e·Vs=e， V=Vs +Vv =1+e。土体的总质量既是水与土粒的质量之和又是总体积与土的密度之积，即

图6-7 三相草图（设Vs=1）

所以

若e为已知，则由图6-7可知

2）饱和度

（1）定义：土中水的体积与孔隙体积之比称为土的饱和度，符号为Sr，多用小数表示，也用百分数表示。

（2）表达式：。

（3）常见数值： Sr=0～1。碎石土、砂土的潮湿程度可根据其饱和度划分为稍湿（Sr≤0.5）、潮湿（0.5＜Sr≤0.8）、饱和（Sr＞0.8）。

（4）换算公式：。

3）饱和密度和饱和重度

（1）定义：土中孔隙完全被水充满时单位体积土的质量称为土的饱和密度，用符号ρsat表示，单位为 g/cm3或 kg/m3。土中孔隙完全被水充满时单位体积土所受的重力称为土的饱和重度，用符号γsat表示，单位为 kN/m3。

（2）表达式：。

（3）常见数值： ρsat=1.8～2.3 g/cm3， γsat=18～23 kN/m3。

（4）换算公式：。

4）浮密度和浮重度

（1）定义：在水下的透水土体，受到浮力作用时单位体积土的质量称为土的浮密度，用符号ρ′表示，单位为 g/cm3或 kg/m3。在水下的透水土体，受到浮力作用时单位体积土的重力，称为土的浮重度，用符号γ′表示，单位为 kN/m3。

（2）表达式：

。

（3）常见数值： γ′= 8～13 kN/m3。

（4）换算公式：。

5）干密度和干重度

（1）定义：单位体积土中土粒的质量称为土的干密度，用符号ρd表示，单位为g3/cm或kg/m3。单位体积土中土粒所受的重力称为土的干重度，用符号 γd表示，单位为 kN/m3。

（2）表达式：。

（3）常见数值： γd=13～20 kN/m3。 γd越大，e越小，土越密实，故路基、堤坝、填土地基、机场等工程常以土压实后的干重度（干密度）作为填土质量的指标。

（4）换算公式：。

为了便于应用，现将常用的土的物理性质指标换算公式汇总列于表6-7中。

表6-7 土的物理性质指标换算公式

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由三相草图求解土的物理性质指标的方法有二：第一，根据未知指标与已知指标之间的换算关系式（表6-7），直接求出未知指标；第二，假定Vs＝1（或V＝1），即一个体积单位，根据已知指标的表达式及其数值，将三相草图左右两侧的体积和质量全部求出，再根据未知指标的表达式求解未知指标。

【例 6-1】 某原状土样由室内试验测得其重度 γ= 18.6 kN/m3，土粒比重Gs=2.69，土的含水率w=28%，试求土的孔隙比e、孔隙率n、饱和度Sr、饱和重度γsat、浮重度γ′、干重度 γd 。

（四）土的基本指标测定

1.密度试验—环刀法

本试验方法是利用体积已知的环刀切削土样，使土充满其中，根据环刀内土的质量和环刀体积求得土的密度。这是室内试验常用的方法，适用于易切削且不易破碎的土，如粉土和黏性土等。

1）仪器设备

本试验应采用下列仪器设备：

（1）环刀：内径61.8 mm或79.8 mm，高20 mm。

（2）天平：称量500 g，分度值0.1 g；称量200 g，分度值0.01 g。

（3）其他：切土刀、钢丝锯、直尺、凡士林等。

2）操作步骤

试验操作应按下列步骤进行：

（1）擦净环刀内壁，在其内壁上涂一薄层凡士林，同时记下环刀号码。

（2）取满足工程要求的原状土或制备的扰动土样一块，其直径和高度应大于环刀的尺寸，两端用削土刀稍加平整，平放于试验台上。

（3）将环刀刃口向下放在土样上，然后垂直下压环刀，边压边削直至环刀全部压入土中且土样伸出环刀顶面为止。须注意：下压环刀时不允许其倾斜，使环刀内壁与土样之间不留缝隙。

（4）用削土刀自环刀边缘开始，细心削去两端余土，使土样顶面和底面分别与环刀顶面和底面齐平。削平时不得在土样表面反复压抹。

（5）擦净环刀外壁，称环刀加土的总质量，称重准确至0.1 g。

（6）按（1）至（5）的步骤进行两次平行测定，其平行差不得大于 0.03 g/cm3，取其算术平均值作为试验结果。

3）试验注意事项

（1）称取环刀前，把土样削平并擦净环刀外壁。

（2）如果使用电子天平称重则必须预热，称重时精确至小数点后二位。

（3）用环刀切取土祥时，必须严格按试验步骤操作，不得急于求成、用力过猛或图省事不削成土柱，这样就易便土样开裂扰动，结果事倍功半。

（4）修平环刀两端余土时，不得在试样表面往返压抹。对于较软的土，宜先用钢丝锯将土样锯成几段，然后用环刀切取。

4）试验记录

环刀法密度试验记录表见表6-8。

表6-8 环刀法密度试验记录

5）成果整理

试验结果应按下列公式计算：

式中 ρ——试样密度（g/cm3），计算至0.01 g/cm3；

ρd——试样干密度（g/cm3）；

m1——环刀加试样质量（g）；

m0——环刀质量（g）；

V——环刀容积（cm3）；

ω——试样含水率（%）。

注：本试验应进行平行测定，平行测定的差值不得大于0.03 g/cm3，取算术平均值。

2.含水率试验——烘干法

本试验以烘干法为测定含水率的标准方法，适用于各类土。

1）仪器设备

本试验应采用下列仪器设备：

（1）电热干燥箱：应能控制温度为105～110 °C。

（2）真空干燥箱：应能控制温度为65～70 °C。

（3）天平：称量200 g，分度值0.01 g；称量1 000 g，分度值0.2 g。

（4）称量盒：直径50 mm，高30 mm；长200 mm，宽100 mm，高40 mm。

（5）干烘箱：内用硅胶干燥剂。

2）操作步骤

烘干法含水率试验操作主要步骤包括：

（1）根据不同土类按表6-9确定称取代表性试样质量，放入称量盒内，立即盖好盒盖，将盒外附着的土擦净后称量 m1，准确至 0.01g，称量结果减去铝盒质量 m0，得到湿土质量m=m1 -m0。

表6-9 烘干法测定含水率所需试样质量

（2）揭开铝盒盖，将试样和铝盒一起放入恒温烘箱，在温度 105～110 °C 下烘至恒重。在设定温度下烘至恒重所需时间由土类和烘箱构造决定。一般砂土约需1～2 h，粉土和粉质黏土约6～8 h，黏土约10 h，有机质土用65～70 °C烘干需48 h以上。

（3）将烘干后的试样和铝盒取出，盖好铝盒盖后，放入干燥器内冷却至室温后，称铝盒加土质量m2，准确至0.01 g。计算干土质量 ms =m2 -m0；

（4）按公式（6-9）计算该试样的含水率：

（5）按前面的步骤进行两次平行试验，当两次测定含水率的差值在允许的范围内时，取其算术平均值作为该土样的含水率。两次测定的差值允许范围为：含水率低于40% 时，不得大于1%；含水率高于40% 时，不得大于2%。本允许范围是对均质土而言，对原状土，由于其为非均质，样筒上下水在重力作用下重新分布使含水率差值增大，可适当放宽平行试验差值允许范围。

本试验称量小于200 g，准确至0.01 g；称量大于200 g，准确至0.2 g。

对含有机质大于 5% 的土，烘干温度应控制在 65～70 °C，在真空干燥箱中烘 7 h 或在电热干燥箱中烘18 h。

3）试验记录

试验记录包括土样描述、试验过程说明和记录表格三个主要组成部分。试样描述内容有：① 土样颜色；② 土样初步定名；③ 土质均匀性及是否含有机质等。试验过程说明通常有：① 取样位置；② 试验方法；③ 试验条件（如烘干法试验的温度、时间、试验设备等）。含水率试验记录表格见表6-10所示。在填写原始记录表格过程中，要求使用黑色圆珠笔或钢笔填写，特别注意严禁随意涂改试验记录，对于书写错误，用细线杠去错误数字（要能清楚看出错误数字），把正确数字写在旁边，试验人员要签章。烘干法含水率试验记录见表6-10。

表6-10 烘干法含水率试验记录

4）结果评定

本试验应进行平行测定，平行测定的差值应符合表6-11的规定，取其算术平均值。

表6-11 含水率测定允许差

3.颗粒密度试验—量瓶法

一般应用测量排除与土样同体积之液体的体积的方法测得，通常用比重瓶法测定土粒的体积。此法适用于粒径小于5 mm或者含有少量5 mm颗粒的土。

1）仪器设备

本试验应采用下列仪器设备：

（1）量瓶：容积100（或50）mL。

（2）天平：称量200 g，分度值0.001 g。

（3）恒温水槽：准确度应为±1 °C。

（4）砂浴：应能调节温度。

（5）温度计：测量范围0～50 °C，分度值0.5 °C。

（6）真空抽气设备：包括真空泵、抽气缸、真空压力表等。

（7）其他：烘箱、纯水、中性液体（如煤油等）、孔径 20 mm及 5 mm筛、漏斗、滴管等。

2）操作步骤

试验操作应按下列步骤进行：

（1）一般土的颗粒密度应采用纯水测定；当土中含有可溶盐、亲水性胶体或有机质时，应采用中性液体（如煤油）测定。

（2）量瓶在使用前必须进行量瓶和水（或中性液体）总质量的校正，其校正方法应按相关规定进行。

（3）将量瓶烘干，取烘干土 15 g 装入 100 mL 量瓶内（若用50 mL 量瓶，宜取 10 g），称量瓶和土的总质量，准确至0.001 g。

（4）向已装有干土的量瓶内注入纯水至量瓶的一半处，摇动量瓶，然后将量瓶放在砂浴上煮沸。煮沸时间自悬液沸腾时算起，砂土及粉土不少于30 min，黏土及粉质黏土不少于1 h。

（5）煮沸完毕，取下量瓶，冷却至接近室温，将事先煮沸并冷却的纯水注入量瓶至近满（有恒温水槽时，可将量瓶放于恒温水槽内）。待瓶内悬液温度稳定及悬液上部澄清时，塞好瓶塞，使多余水分自瓶塞毛细管中溢出，将瓶外壁上的水分擦干后，称量瓶、水和土总质量，准确至0.001 g。并测定量瓶内水的温度，准确至0.5 °C。

（6）根据测得的温度，从已绘制的“温度与量瓶和水的总质量关系曲线”中查得量瓶和水的总质量。用中性液体（如煤油）测定含有可溶盐、亲水性胶体或有机质土的颗粒密度时，可用真空抽气法代替煮沸法排除土中空气。对砂土，为了防止煮沸时颗粒跳出，也可采用真空抽气法。抽气时真空压力表读数须接近 100 kPa，抽气时间 1～2 h，直至悬液内无气泡逸出时为止。其余步骤与第（3）至（5）步相同。根据测得温度，从已绘出的“温度与量瓶和中性液体的总质量关系曲线”中查得量瓶和中性液体的总质量。

3）成果整理

试验结果应按下列公式计算。

（1）用纯水测定时按公式（6-10）计算：

式中 ρs——颗粒密度（g/cm3），计算至0.01g/cm3；

mpw ——量瓶和水的总质量（g）；

mpws ——量瓶、水和土的总质量（g）；

md——干试样质量（g）；

ρwT ——T °C时水的密度（g/cm3）。

（2）用中性液体测定时按公式（6-11）计算：

式中 mpu——瓶和中性液体总质量（g）；

mpus ——量瓶、中性液体和土的总质量（g）；

ρuT ——T °C时中性液体的密度（g/cm3)，查表6-12。

表6-12 T °C时中性液体的密度

4）结果评定与数据记录

本试验应进行平行测定，平行测定的差值不得大于0.02 g/cm3，取算术平均值。

记录格式应符合表6-13的要求。

表6-13 量瓶法颗粒密度试验记录

（五）颗粒分析试验——筛析法

1.筛析法试验原理

对于粒径大于 0.075 mm 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 ms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msi，进而计算出粒组含量和累积含量。

2.仪器设备

筛析法试验仪器主要包括：

（1）分析筛。分析筛据孔径大小分粗筛和细筛两类。土工试验中常用的粗筛一般为圆孔，孔径为 100 mm、80 mm、60 mm、40 mm、20 mm、10 mm、5 mm、2 mm；细筛一般为方孔，等效孔径为 2.0 mm、1.0 mm、0.5 mm、0.25 mm、0.10 mm、0.075 mm。不同国家和不同部门使用的分析筛孔径大小分级有些差别。

（2）分析天平。分析天平依称量范围和精度需要分为两种：① 称量10 kg，感量1 g；② 称量1 000 g，感量0.1 g。

（3）摇筛机。规范规定摇筛机能够在水平方向摇振，垂直方向拍击。摇振次数为100～200次/min，拍击次数为50～70次/min。

（4）辅助设备。辅助设备包括：烘箱、量筒、漏斗、瓷杯、研钵、瓷盘、毛刷、匙、木碾、白纸等。

3.操作步骤

筛析法试验步骤包括：

（1）从风干的松散土样中，用四分法取土。取土数量按表6-14执行。

表6-14 筛分法取土数量

（2）将试样过2 mm筛，分别称出筛上和筛下土质量。取2 mm筛上土倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中，取2 mm筛下土倒入依次叠好的细筛的最上层筛中（分析筛自上至下孔径自大至小叠放）。用摇筛机充分筛析至各筛上土粒直径大于筛孔孔径，一般摇筛 15～30 min。

（3）由最大孔径筛开始，顺序将各筛取下，将留在各筛上的土分别称量，精确至0.1 g。各筛上土质量之和与总土质量之差不得大于总土质量的1%。

（4）计算粒组含量和累积含量，画出级配曲线，得到各特征粒径，分析土的级配，据规范定名。

4.成果整理

（1）粒组含量

（2）累积含量

式中 X——某粒组百分含量（%）；

P——小于某粒径土粒占总土质量百分含量（%）；

m——试样总质量（g）；

mi——某粒组土粒质量（g）；

mA ——小于某粒径土粒质量（g）。

5.结果评定与数据记录

筛析法试验记录及试验成果包括：

（1）筛析法试验记录表，见表6-15。

表6-15 筛析法试验记录

（2）颗粒大小级配曲线（累积分布曲线）。

（3）获得特征粒径d10、d30、d60，计算曲率系数Cc、不均匀系数Cu。

（4）根据土的分类标准给土分类定名。