姓名： 楊耀輝
學院： 水利與土木工程學院
專業： 水利工程
學號： 1338020126
無粘性土顆粒組成的型別與基本性質
一無粘性土顆粒組成型別與分類
1．顆粒組成
顆粒組成是研究無粘性土基本性質的主要依據，通常以各粒徑含量的累積曲線或分布曲線表示。
均勻土：分布曲線是單峰形式，各粒徑都有一定的含量，峰值粒徑含量佔絕對優勢，其破壞形式主要是流土破壞。
單峰形：峰值遠離中值，呈左偏峰，出現雙峰時右峰較低，兩峰連續，谷點裡粒徑至少佔4%至5%，曲線無明顯平緩段，集中在某段，無峰值。
不均勻土：級配連續和級配不連續。
雙峰形：雙峰間有間斷，有的相連線，但最低點粒徑含量小於或等於3%，累積曲線呈椅子形，出現台階。
2．均勻土的區分原則和方法
均勻土特點：級配不良，壓實性差，孔隙率大，穩定性差。
太沙基指出的砂最不穩定。
對於均勻土的確定尚不統一,下列有幾種方法標準：
（1）的土叫均勻土
（2）的土叫均勻土
（3）之間的叫均勻土
把不均勻土進一步分為級配連續和級配不連續兩種。
.級配不連續的土的基本性質
顆粒組成特徵
這類土的粒徑大於5㎜的礫卵石，細料為砂土類粒徑普遍小於1.0㎜在顆分曲線上有雙峰值，谷底粒徑含量小於3%。
土孔隙體積、粗料的骨架作用與細料含量的關係
細料含量：指谷底粒徑（0.5～5mm）小於谷底粒徑累積百分含量值。
細料含量少時，不足以充滿粗料孔隙，也就不破壞粗料的骨架作用，其性質仍取決於粗料。但隨細料的含量的增加，混合料密度增加，孔隙相應減小，到細料超出一定含量時，混合料性質就取決於細料。最優級配的細料含量p=25%到30%。
混合料中開始參與骨架作用的細料含量
；並考慮到無粘性土一般；得出細料含量與孔隙率的關係理想狀態下的計算式：
其中；在理想狀態下：。
為使p含量與實際相符，就要考慮粗料孔隙體積被撐開的影響，由實驗分析知隨增大而增大，且；我們取粗料孔隙率為0.3，則
∴但在實際中，混合料中細料是多少要撐開粗料孔隙的，所以理論計算的p要小於實際中的。
實際值小於它時表明細料沒填滿粗料孔隙；
實際值大於它時細料填滿粗料孔隙且與粗料共同組成骨架；
當實際值等於它時認為混合料有最優級配料。
滲透係數與細料含量的關係；
p〈30%時填不滿孔隙，對滲透係數起控制作用的是粗料。
p〉30%時孔隙與細料產生關係。
p〉70%時粗料只起填充作用，對滲透係數的影響減少直到消失4.級配連續土的基本性質
級配連續土的性質： cu>10 1確定粗細料的區分粒徑的標準進行**：
1)d=1～2㎜為區分粒徑（主要用於區分土的滲透穩定性）；
2)d=5㎜為區分粒徑（用於區分和研究土的壓實性）；
3) 粗料被細料撐開為準則，pop=30%～35%。
5.結論
將細料含量進一步引伸到級配連續中來，關鍵變成確定細料含量的粒徑值。
特徵粒徑與特徵引數
特徵粒徑
有效粒徑d10；等效粒徑d20； 哈增粒徑d60 ；
分界粒徑d30，土中小於或等於d30的部分為填料，大於d30的部分為土的骨架，控制粒徑d70,不均勻土中粗料開始起控制作用的粒徑，太沙基控制粒徑d85
6．特徵引數
不均勻係數cu
是反映土的組成離散程度的引數，cu值越大，土越不均勻。但不能反映顆粒級配曲線的形狀、型別及細料含量的多少。
曲率係數cc
表明顆粒級配曲線的型別及細料含量。
cc〈1.0，級配不連續，且細料含量大於30%。
cc〈5.0，級配不連續，且細料含量小於30%。
1〈cc〈5，級配連續土，內部結構穩定。
細料含量p
表示不均勻土中粗顆粒的孔隙被細顆粒填充程度的指標。一般以細料佔總重量的30%作為評價細料填滿粗料孔隙體積的界限指標。
無粘性土的滲透穩定特性及抗滲強度
1. 無粘性土的滲透破壞形式和判別方法
無粘性土的滲透破壞形式
從滲透破壞機理的角度將破壞形式分為：流土，管湧，接觸流失和接觸沖刷四類。
1）流土：區域性土體的集體流失，發生在滲流出口無任何保護的情況下
2）管湧：細顆粒被集體帶出，多發生在砂礫石土層中，根據發展形態的不同分為：
①發展型：細顆粒連續不斷的帶出，土體不能承受更大的水頭，甚至出現土體所承受的水頭有所下降的情況
②非發展型：出現管湧現象不久，細顆粒停止流失，當繼續增大水頭，管湧繼續出現，土體承受的水力比降增大，土體最後以流土的形式破壞。（實際是過渡型）
3)接觸流失：發生在垂直方向上，粗、細顆粒的接觸層面間，包括接觸管湧和接觸流失
4)接觸沖刷：發生在水平方向上
以上四種破壞形式中，前兩種發生在單一土層中，後兩種發生在成層土中。
單一土層的滲透破壞形式又可細分為：流土、管湧、過渡型三種。對於過渡型，當土體處於密實狀態可能呈流土型，疏鬆狀態呈管湧型。
2.滲透破壞形式的判別方法：
主要有三種：
單一因素法：
1）依斯托美娜的不均勻係數法：
a. cu<10: 流土型，允許抗滲比降 [i] =0.4
b. 10c. cu>20：管湧型，[i] =0.1 ,不適用(理由同上)
2） 普拉維登的細料粒徑對比法：（適用於級配連續土）
a. d0/d1.3 非管湧土
b. d0/d﹥1.3 管湧土
其中：d0為孔隙平均粒徑,主要取決於細料直徑，d取為d3。
d0由下式計算：
當滿足判別式：
時，為流土，否則就為管湧。
雙因素法：
康德拉且夫同時考慮了曲線形狀和混合料中粗料的孔隙率兩種因素，以混合料中粗料的孔隙率nck與粗料單獨存在時的孔隙率n2相比較，給出判別滲透破壞形式的準則：
1） nck> n2時，粗料處於互不接觸的狀態，破壞形式為流土，由分析結果認為 n2〉50%
2）nck< n2時，為管湧
a. d0>(d70)z時，為整體管湧：細顆粒不斷被滲流帶出土體
b. d0<(d70)z時，為區域性管湧，即：過渡型
該方法的缺點在於：將級配連續土全歸於過渡型。
綜合分析方法：
將無粘性土先根據顆粒組成特徵分成幾種型別，分別提出相應得判別標準，這樣使得分析方法更加簡單，分析結果更為可靠。
不均勻土，又分為級配連續和級配不連續土。
1） 均勻土：破壞形式為流土
2） 不均勻土：
① 級配不連續土的滲透破壞特性：
a. 破壞形式取決於細料含量
細料全部充滿粗料孔隙：破壞形式為流土
細料未充滿粗料孔隙：破壞形式為管湧或過渡型
b. 以最優細料含量pop作為判別滲透破壞形式的標準
pop=（0.3+3n2-n）/（1-n）
谷底粒徑含量p<0.9pop，管湧（p<25%,從工程實際出發） p>1.1pop，流土（p>35%）p=0.9～1.1pop，過渡型（p=25%～35%）
② 級配連續土的滲透破壞特性：
a. 分界粒徑：（最優細料含量法）
p<0.9pop,管湧，p<25%
p>1.1pop，流土，p>35%
p=0.9～1.1pop,過渡型, p=25%～35%
b. 孔隙平均直徑法： do=0.63nd20
do> d3 ， 管湧
do< d3 ， 流土
do= d3～d5 ，過渡型
③ 天然無粘性土滲透破壞形式的綜合判別法：水利水電科學研究院法，從均勻土和非均勻土來劃分。
3.無粘性土的抗滲強度
流土型：
1)太沙基公式：ibn=(gs-1)(1-n) ，比實際值約小15%～20%
2)扎馬林公式：ibn=(gs-1)(1-n)+0.5n
管湧型：
1)依斯托美娜：
db——允許的可移動的細顆粒粒徑
——土體孔隙平均直徑，可有文獻[1] 的關係確定。
2)康德拉且夫方法：
①紊流：
②層流：
水科院確定無粘性土抗滲比降的方法：
1) 連續級配管湧型土的抗滲比降：
icr =2.2(1-n)2(gs-1)d5/d20
2)級配不連續土的抗滲比降：
可引用以上公式或者通過試驗確定
3)根據滲透係數k確定抗滲比降：
根據圖1-1和j-k關係曲線確定。
無粘性土抗滲比降的變化範圍及其允許值：
注：表中所列資料只適用於滲流出口無反濾保護的情況，大值用於3～4級建築物，小值用於1～2級建築物
j允許=[j]= j破壞/安全係數
在上表中，確定j允許時：考慮流土是整體破壞，故採用2為安全係數，管湧破壞時的安全係數採用1.5左右即可。
4．結論
本章的實質是從滲流的角度和它的顆粒特性來研究顆粒間的相互制約程度，破壞機理，最終得到抗滲比降，從而得到允許比降，為設計者分析建築物的滲透穩定性並進行滲流理論提供理論基礎和方法。
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