1.3 土的颗粒特征
1.3.1 土颗粒大小分析
土中各粒组质量占土粒总质量的百分数，称为土的颗粒级配。颗粒级配是通过颗粒分析试验（简称颗分试验）测定的。常用的颗分试验方法有筛分法和密度计法两种。筛分法适用于粒径大于0.075mm的粗粒土，密度计法适用于粒径小于0.075mm的细粒土。
筛分法是将一定质量的风干土样倒入一组标准筛中进行筛分（如图1-7所示），称出各筛上土粒的质量，计算出个粒组的质量百分数，该实验常被称为颗分实验。密度计法是将一定质量的风干土样倒入盛水的玻璃量筒中，将其搅拌成均匀的悬液状。根据土颗粒的大小不同在水中沉降的速度也不同的特性，将密度计放入悬液中（如图1-8所示），测记1、5、30、120和1440分钟的密度计读数，然后计算出不同粒径及其小于该粒径土粒的质量百分数。
若土中粗、细粒组兼有时，可将土样过0.075mm的筛子，使其分为两部分。大于0.075mm的土样用筛分法进行分析，小于0.075mm的土样用密度计法进行分析。
图1-7 筛子 图1-8 密度计法试
1-筛盖；2-筛身；3-底盘 1-量筒；2-密度计
1.3.2 粒径级配表达
颗分试验的成果通常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，如图1-9所示，图中曲线的纵坐标为小于某粒径的质量百分数，横坐标为对数坐标表示的土粒粒径。因为土中的粒径通常相差悬殊，横坐标用对数坐标可以把粒径相差悬殊的粗、细粒的含量更加清晰的显示出来。
土中各粒组的相对含量为小于两个分界粒径质量百分数之差。例如，图1-9中的曲线，对应各粒组的百分含量分别为：砾(60~2mm)占100%－86%=14%；砂粒(2~0.075mm)占86%－33%=53 %；粉粒(0.075~0.02mm) 占33%－8%=25 %；粘粒(＜0.02mm) 占8%。
图1-9 土的颗粒级配曲线
例题1-1某黄河滩区，取1000g风干砂土样进行筛分试验，结果列于表1-2（第1行、第2行），试补充完整试验表格（第三～第五行），分析各粒组含量。
解:留在孔径2.0mm筛上的土粒质量为100g，则小于该孔径土粒质量为1000-100=900g，小于该孔径土粒质量的百分数为900/1000=90%；留在孔径1.0mm筛上的土粒质量为100g，则小于该孔径土粒质量的百分数为（900-100）/1000=80%；同样可求得小于其他孔径的土粒质量百分数并列于表1-2（第3行、第4行）。同样可计算出各粒组的土粒质量百分数分别为砾10%、砂80%（其中粗砂35%、中砂30%、细砂15%），细粒（包括粉粒和黏粒）10%。
表1-2 例题1-1筛分试验结果
筛孔径（mm） | 2.0 | 1.0 | 0.5 | 0.25 | 0.1 | 0.075 | 底盘 |
留筛质量(g) | 100 | 120 | 230 | 280 | 100 | 70 | 100 |
小于该孔径土粒质量(g) | 900 | 780 | 550 | 270 | 170 | 100 | —— |
小于该孔径土粒百分数(%) | 90 | 78 | 55 | 27 | 17 | 10 | —— |
粒径的范围(mm) | d>2.0 | 2≥d>0.5 | 0.5≥d>0.25 | 0.25≥d>0.075 | d≤0.075 | ||
各粒组土的百分数(%) | 10 | 35 | 28 | 17 | 10 | ||
1.3.3 粒径级配曲线的分析
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。
颗粒级配常作为选择筑填土料的依据，为了定量判断土的颗粒级配是否良好，常用不均匀系数Cu和曲率系数Cc两个判别指标：
Cu =d60/d10 (1-1)
Cc = d302/(d10d60) (1-2)
式中：d60、d30、d10—分别是颗粒级配曲线上小于某粒径含量为60%、30%、10%所对应的粒径，称为控制粒径、中间粒径、有效粒径。
1.3.4 土的级配评价
不均匀系数Cu是反映级配曲线坡度和颗粒大小分布范围的指标。Cu值愈大，表示土粒粒径的变化范围愈大，土粒愈不均匀，颗粒级配曲线的坡度就愈平缓；反之，Cu值愈小，土粒粒径的变化范围愈小，土粒愈均匀，级配曲线的坡度就愈陡。工程上常将Cu<5的土称为均匀土，Cu≥5的土称为不均匀土。
曲率系数Cc是反映d60与d10之间曲线主段弯曲形状的指标。一般Cc值在1～3之间时，表明颗粒级配曲线主段的弯曲适中，土粒大小的连续性较好；Cc值小于1或大于3时，颗粒级配曲线都有明显弯曲而呈阶梯状。级配良好的土必须同时满足两个条件，即Cu≥5和Cc=1～3；如不能同时满足这两个条件，则为级配不良的土。
例题1-2 试对图1-9中曲线的颗粒级配情况进行定量评价。
解：查图1-9曲线得知：d60=0.33mm，d30=0.063mm，d10=0.005mm，计算不均匀系数和曲率系数得到：
Cu＝d60/d10 ＝66＞5 (土粒不均匀)
Cc＝d302/(d10d60)＝2.41. （在1～3之间）
Cu和Cc同时满足Cu≥5和Cc＝1～3的条件，故该土级配良好。
