含有细颗粒的砾类土干筛法的误差分析

工程材料与设备器　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　含有细颗粒的砾类土干筛法的误差分析　庞　康　，李　旭　（１．北京市市政－Ｔ：程设计研究总院有限公司，北京　１０００８２；２．北京交通大学土木建筑工程学院，北京　１０００４４）　摘要：含水率、黏粒含量及矿物成分对土体筛分法的试验结果均有影响。通过湿筛法试验值与理论值的比较．证明了湿　筛法的准确性。所以可以认为湿筛法的结果是准确的．并通过对比干筛法和湿筛法的结果，定量分析了干筛法的误差。在　该试验中还提ＨＪ了附着比的概念，并用附着比来衡量附着效应的作用大小，用黏粒含量和Ｄ　的变化来衡量干筛法的误　差。结果表明：含水率越大，附着效应越明显；细粒含量越高，附着效应越明显。因此对于含有一定比例黏粒的粗粒土，应　尽量选用湿筛法进行试验．以避免对土体工程分类的误判　关键词：十筛法；湿筛法；级配；附着比　中图分类号：ＴＵ　５２１．１　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００９—７７６７（２０１７）０４—０１９７—０５　Ｅｒｒｏｒ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｄｒｙ　Ｓｉｅｖｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｇｒａｖｅｌ　Ｓｏｉｌ　ｗｉｔｈ　Ｆｉｎｅ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｐａｎｇ　Ｋａｎｇ，Ｌｉ　Ｘｕ　２５　ｍｍ、０．２５～０．５　ｍｍ、０．５～ｌ　ｍｍ、ｌ～２　ｍｍ　４个等级，　土的成分、结构及性质干变万化，导致其工程性　０．质也各不相同。如果能把工程性质接近的土归为同一　以方便后期控制砂子级配。　类，那么就可以大致判断这类土的工程特性，评价这　选取普通粉质黏土和高岭土２种黏粒进行试验。　类土作为建筑物地基或建筑材料的适用性。对于无黏　为方便研究黏粒对哪些粒径的粗颗粒影响较大，增加　性土．颗粒级配对其工程性质起着决定性作用，因此　０．０６、Ｏ．１、０．１５　ｍｍ三级筛子与标准筛配合使用。筛分　颗粒级配是无黏性土工程分类的依据和标准【ｌ＿　。但自　试验均取２组．进行平行试验。　然界中纯粹的砂子较少，存在更多的是含有少量黏土　１．２干筛法试验步骤　根据ＧＢ／Ｔ　５０ｌ２３—１９９９（（土工试验方法标准》【　，　的粗粒土。如何正确测量这类土的级配是该试验的着　眼点。　干筛法试验步骤如下：　在土工试验中．颗粒级配是由颗分试验得到的。筛　得到保证。然而，由于受到土质、含水率、试验条件、操　１）按该标准第７．１．３条的规定称取试样质量，应准　１　ｇ，试样数量超过５００　ｇ时应准确至１　ｇ。　分法作为颗分试验的重要方法，其结果的准确性必须　确至０．２）将试样过２　ｆｉｌｍ筛，称筛上和筛下的试样质量，　作方法等因素的影响，筛分法可能存在较大的误差，甚　当筛下的试样质量小于试样总质量的ｌ０％时，不作细　　至引起土体工程分类的误判。笔者研究了含水率、黏粒　筛分析：当筛上的试样质量小于试样总质量的１０％时，含量及矿物成分对土体筛分法的影响。通过对比干筛　不作粗筛分析。　法和湿筛法的结果，定量分析了干筛法的试验误差，为　得到正确的筛分试验结果提供了帮助。　１试验　３）将筛上的试样倒入依次叠好的粗筛中，将筛下　的试样倒入依次叠好的细筛中，进行筛析。细筛宜置于　振筛机上．振筛时间宜为ｌ０～１５　ｍｉｎ。再按自上而下的　顺序将各筛取下，称各级筛上及底盘内试样的质量，应　４）筛后各级筛上及底盘内试样质量的总和与筛前　１．１材料准备　取ｌ５　ｋｇ左右砂类土，粒径集中在０．０７５￣２　ｍｍ，分　准确至Ｏ．１　ｇ。　次用水清洗至静止时水流清澈，将洗净的砂子烘干并　　分次用振筛机筛分，每次１０　ｌｎｉｎ，将砂子分为０．０７５～　试样总质量的差值．不得大于试样总质量的】％。２０１７Ｒ＇－￣４棚（７一）第３５卷辛荭鼓木１９７　器工程材料与设备　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　１．３湿筛法试验步骤　用干筛法和湿筛法测量级配，绘制级配曲线。　３）测量含２０％粉质黏土的砂土级配。每组均取　４００　ｇ干砂和１００　ｇ粉质黏土，加入２Ｏ　ｇ水，搅拌均匀，　根据ＧＢ／Ｔ　５０１２３－－１９９９｛土工试验方法标准》［３】，　湿筛法试验步骤如下：　ｈ后，测量含水率，并分别用干筛　１）按该标准第７．１．３条的规定取代表性土样，置于　盖上保鲜膜静置１２　法和湿筛法测量级配，绘制级配曲线。　盛水容器中充分搅拌使试样的粗细颗粒完全分离。　２）将容器中的试样悬液通过２　ｍｍ的筛，取筛上的　４）分析黏粒含量对砂土干筛法测量结果的影响。　试样烘干至恒量。称烘干试样质量，应准确到Ｏ．１　ｇ，并　分别取粉质黏土含量为１０％、２０％、３０％、４Ｏ％和５Ｏ％　含水率控制情况见表１，盖上保鲜膜静置１２　ｈ，　按该标准干筛法的步骤进行粗筛分析；取筛下的试样　的试样，悬液用带橡皮头的研杆研磨，过０．０７５ｍｍ的筛，并将筛　然后风干土样４８　ｈ，分别用干筛法和湿筛法测量级配，　　上试样烘干至恒量，称烘干试样质量，应准确至０．１　ｇ，　绘制级配曲线。５）分析含水率对砂土级配的影响。取含２０％粉质　然后按该标准干筛法的步骤进行细筛分析。　３）当粒径小于０．０７５　ｍｍ的试样质量大于试样总　黏土的砂土．控制其含水率分别为ｌ％、２％、３％、４％和　做干筛试验，测量其级配。　质量的１０％时，应按该标准密度计法或移液管法测定　５％，盖上保鲜膜静置１２　ｈ，６）分析细粒矿物成分对砂土级配的影响。分别取　粒径小于０．０７５　ｍｍ的颗粒组成。　ｌ－４操作流程　含１０％高岭土和含１Ｏ％粉质黏土的试样（含水率均控　试验方案见表１．主要操作流程简述如下：　表１试验方案　制为５％）做干筛试验，测量其级配，绘制级配曲线。　、哥　嘲｝＿　嫉　７）工程实例分析：取工程用土，分别用干筛法和　湿筛法测量级配．绘制级配曲线。　２干筛法和湿筛法结果比较　干砂干筛法和湿筛法的结果对比见图１（试样ＤＳ１　和ＷＳ１）。　匡　：　／　／　／　—／　／　ＪＨ　匕，　粒径＾ｍ　图ｌ　干砂干筛法和湿筛法级配曲线　从图１可以看出．对于不含黏粒的干砂来说，湿筛　１）配砂。取０．０７５￣０．２５　ｍｍ粒径洗净的砂子２．４　ｋｇ，　法和干筛法结果基本一致。　０．２５～０．５　ｍｍ粒径洗净的砂子４．２　ｋｇ，０．５～ｌ　ｍｍ粒径　试样ＤＳ２和ＷＳ２干筛法和湿筛法的结果以及理　洗净的砂子４．２　ｋｇ，ｌ～２　ｍｍ粒径洗净的砂子１．２ｋｇ，　论值对比见图２。　混合均匀，方便以后取用。　２）测量干砂级配。用四分法分２组测量干砂级配．　对于混合土样，理论级配计算方法如下：　Ｐ　＝ｐ　×（１－ｒ／）＋ｒ／。　由于砂子密度较大，每组质量控制在５００　ｇ左右．分别　式中：叼为混合土样中的细粒含量；Ｐ　为干砂在湿筛　１９８专　技木２０１７　Ｎｏ．４（Ｊｕ１．）Ｖｏ１．３５　静　捌　累　撰　粒径／ａｒｍ　２　彳丁２０％粉质黏土的砂土ｆ筛法和湿筛法线配『ｆｆＩ线　法中的通过订分比　Ｐ　为十砂在混合土样中的通过　酉分比　图２町以看出，对于含有２０％粉质黏土的砂土，　湿筛法的结果与理论值吻合度很高，而十筛法的结果　偏离理论值较远，存在比较大的误差。十筛法的级配曲　线向右下方移动，这表示粗颗粒含量增加而细颗粒含　量减少。　３　附着效应及干筛法误差分析　在ｆ筛法试验中会发现黏土颗粒会与粗颗粒附　着和黏合．存振动的情况下形成更大粒径的颗粒，这种　现象称为附着效应。分析认为，附着效应是导致十筛法　级配误差的主要原　；另外，在较小直径的筛子上有　Ｈ月　的堵孔观象，这是产生误差的另一个原因。　３．１黏粒含量对附着效应的影响　对ＤＳ１～１）Ｓ６进行测定，结果　表２。　表２不同黏粒含量粗粒土干筛法结果汇总　编号　比　兽；　螽　＿＿　磊　％　％　ｍｍ　＿ｍｍ　ＤＳｌ　Ｏ　Ｏ　０　０．４１　０．４３　ＤＳ２　０．０８　１０　４Ｉ３　０－３７　０．４１　ＤＳ３　０．１４　２０　８．７　０．３３　０．３７　ＤＳ４　Ｏ．２０　３Ｏ　ｌ５．７　０．２８　０．３３　ＤＳ５　０－３０　４０　２２．０　Ｏ．２２　Ｏ．２６　ＤＳ６　０．４８　５０　２６．０　０．１３　０．１７　由表２可知：　１）对于含有一定黏粒的粗粒土，十筛法的试验结果　工程材料与设备昌昌　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　和混合土样的理论值存在较大差别，其结果不够准确　２）附着效应导致的十筛法的误差，会造成对土的　类别的错误判断。如根据ＧＢＪ　１４５—１９９０￣土的分类标　准》【４１，ＤＳ２应为含细粒土砂（代号ＳＦ），而根据十筛法　结果，ＤＳ２为级配不良砂（代号ＳＰ）；义如，根据ＧＢ　５０００７－－２０ｌｌ《建筑地基基础设计规范》Ｉ５］，ＤＳ５应为细　砂，而干筛法测得Ｄ　值为０．２６，据此判断该类土为　中砂。　３）　然附着效应　粗细颗粒的相对含量有直接关　系。定义附着比为：　＝（ｐ　ｆ－ｐ　ｒ）　。　式巾：『Ｊ　为细粒理论含量；Ｐ　为细粒在ｆ筛法中的实　测含量：Ｐ　为粗粒的理论含量。　附着比ｆＩ丁以用来衡量附着效应的强弱。根据表２　中的附着比绘制出图３　丑　栖　袭　矧３附着比随细粒禽量的变化笑系　Ｆｈ冈３可以看出，附着比随细粒（即粉质黏土）含　量的增加而增大，所以相同试验条件下，细粒含量越　高。附着效应也就越强。　３．２含水率对附着效应的影响　对于黏粒含量相同的粗粒土，十筛时含水率的不　同，也会使各级配含量产生很大浮动，对含２０％粉质　黏土的混合土样在不同含水率下做十筛试验，试验结　果见表３。根据表３绘制出附着比随含水率的变化关　系。如图４所示。　由　４呵以看出，对于黏粒含量相同的粗粒土，附　着比随含水率的增大而增大，对于该试验用土，当黏土　含水率增『ＪＩｌ到２０％ｔｔ，Ｊ－，黏粒全部附着在了粗颗粒Ｊ　，　附着比达到最大值。这表明当混合土样中的黏土达到　２０１７￣－４棚（７一）第３５巷瘩荭数木１９９　器工程材料与设备　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｔｅｄａｌ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　表３不同含水率粗粒土干筛法结果汇总　＋＋＋Ｏ　含ｌ０％高岭土　禽ｌ０％粉质黏土　理论级配　‘　，　图　叶　．．—　｝　０＿３Ｏ　粒径，ｍ　Ｏ．２５　０．２０　／　ｉ／。　／‘　／　Ｊ　图５含不同细粒矿物成分的土干筛法时的级配曲线　液限黏土。而粉质黏土属于低液限粉土，显然高岭土　丑　翔ｏ．１５　盔　０．１０　中的亲水矿物成分更高，吸水性更强，所以附着效应　也更加明显。　∞　Ｏ　％，瞥　脚　按　／　∞　哥挝磺　摄　∞　Ｏ．０５　Ｏ．０ｏ　／　／　∞　∞　４实例分析　图６为某工程处的自然土干筛法和湿筛法的级配　结果对比．试验时土样的风干含水率为２％。干筛法Ｄ蜘　ｌ０　ｌ５　２０　２５　３０　的误差达到０．１　ｍｍ．若以湿筛法级配为理论值计算，可　算得附着比ｑ＝０．２３。这证实了对含细粒土的砂土使用　含水事，％　附着比随含水率的变化　干筛法存在较大的试验误差。　最优含水率时，黏土即可全部附着在粗颗粒上，继续　增加含水率效果不变　Ｉ二：＝　’　净　从Ｄ钔理论值和干筛法结果的对比可知，随着含水　率的增加，干筛法的误差也在增加。根据ＧＢ　５０００７—　２０１　ｌ《建筑地基基础设计规范》『５１，按干筛法结果ＤＳ１２　属于粗砂，而按理论值，该类土为中砂；又如，根据ＧＢＪ　１４５－－１９９０｛土的分类标准》【４】，按ＤＳ１０的试验结果判　断该类砂为级配不良砂（土代号ＳＰ），实际上这种砂应　为粉土质砂（土代号ＳＭ）。　３．３细粒矿物成分对附着效应的影响　　ｌｔ．一　｜　｜　…　；　ｉ　＿睁　ｐ．．Ｉｒ￣－　试验发现，细粒矿物成分对附着效应也有很大的　影响，图５是相同含水率（２０％）下，含ｌ０％高岭土和　ｌ０％粉质黏土的混合土样经干筛法所得的级配曲线。　图６工程用土干筛法和湿筛法级配曲线对比　由图５可以清晰地看出，２种土均存在附着效应，　５结论与建议　总结以上试验结果。可以得到以下结论：　在图上表现为级配曲线向右下方移动。即粗颗粒含量　增加而细颗粒含量减少：高岭土的附着效应要强于粉质　１）湿筛法的结果较为准确。湿筛法可以有效避免　　黏土，由液塑限联合测定仪测得高岭土的塑限为４０％，　附着效应和筛孑Ｌ堵塞造成的试验误差。２）黏粒对粗粒土具有附着和黏合作用，这种附着　液限为５８％，粉质黏土的塑限为１９％，液限为２７％，　　根据ＧＢＪ　１４５－－１９９０（土的分类标准》［４１，高岭土属于高　和黏合作用会给干筛法的试验结果带来较大的误差。２００啼荭敏东２０１７Ｎｏ．４（Ｊｕ１．）Ｖｏ１．３５　工程材料与设备器　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｅｑｕｉｐｍ　ｅｎｔ　为避免这种误差，对于含有一定黏粒的粗粒土应该使　常被人们忽略。笔者创新性地对干筛法进行了误差　用湿筛法进行级配分析。　分析，寻找到了产生误差的原因并提出了避免误差的　３）当含水率较低时，混合土样的附着比随含水率　建议。蕊　的增大而增大。黏土塑限越大，附着效应越强，附着比　越高。　参考文献：　４）附着比随黏粒含量的增加而增加，黏粒含量越　［１］袁聚云，徐超，赵春风．土丁试验［Ｍ］．上海：同济大学出版社，　高，附着效应越明显。　２００４：３ｌ一３４．　针对以上结论，提出以下几点建议来提高筛分试　【２】赵成刚，白冰，王运霞．土力学原理【Ｍ］．北京：清华大学出版　验精度：　行试验。湿筛法可以有效避免附着效应和筛孔堵塞造　成的试验误差。　礼，北京交通大学出版社．２００９：１２—１６．　３】南京水利科学研究院．土丁试验方法标准：ＧＢ，１ｒ　５０１２３—１９９９　１）在试验条件允许的情况下，尽量选用湿筛法进　【［Ｓ］．北京：中国计划出版社，ｌ９９９．　【４】华北水利水电学院北京研究生部．土的分类标准：ＧＢＪ　１４５～　２）进行筛分试验时尽量将试样充分烘干并研磨充　分再进行测量，这样可以有效避免由于水而产生的附　着效应。　１９９０［Ｓ］．北京：中国标准出版社，１９９０．　【５】中华人民共和国住房和城乡建设部．建筑地基基础设计规　范：ＧＢ　５０００７—２０１ｌ『Ｓ】．北京：中国计划出版社，２０１１．　收稿日期：２０１７－０２—１０　基金项目：国家自然科学基金项目（５１４７９００Ｉ．４１４７１０５２）；中央高校基　本科研业务费专项项目（２０１４ＪＢＺＯＩ３）：北京市自然科学基　金项目（８１５２０２４）　３）尽量选用憎水性材料作为筛网，这样可以减少　土样对筛孑Ｌ的淤积和堵塞。　干筛法是土工试验中最基本的试验方法，与试验　土样的工程类别和命名有直接关系，但也正因为它是　最基本的试验方法，干筛法的试验误差和试验精度常　（上接第１４７页）　作者简介：庞康，男，助理工程师，硕士，主要从事边坡、地基处理、基　坑、隧道等的研究和设计工作。　ｆＪ】．现代隧道技术，２０１０，４７（５）：４８—５３．　２１司翔宇，杨平，邵光辉，等．隧道盾构施ｌＴ参数对地表沉降影　层）对土仓压力的敏感性最强，土仓压力改变Ｈ，－ｊ￣０点的　【沉降反映最快：而在卵石地层和黏土地层土仓压力有　所改变或控制不稳定时，测点沉降的变化并不明显。　２）同步注浆对测点在盾尾脱出及盾构远离测点阶　响的实测研究［ｃ］ｕｔ道平．第二届全国环境岩土工程与土Ｔ　合成材料技术研讨会论文集．长沙：湖南大学，２００８：１６７—１７０．　ｆ３１王法，雷崇，韩煊．北京地铁８号线盾构施＿Ｉ＝参数对古旧平　房群沉降规律的影响分析『Ｊ１．隧道建设，２０１３．３３（１２）：９９９～　ｌ００３．　段的沉降起主导作用．同步注浆量及注浆压力都直接　影响地层空隙的填充，砂土地层和黏土地层对同步注　『４１王法，周宏磊．雷崇红．盾构施工参数对地表沉降的因素敏　浆量及注浆压力的敏感性都很强，而卵石地层由于自　感性分析『Ｊ］．都市快轨交通．２０１３，２６（６）：６３—６７．　［５】陈白海，杨建辉．郭小东．软土地层中盾构施Ｔ参数对地表　身的成拱性质敏感性要弱一些。　３）砂土地层中测点的先行沉降量最小．基本可忽　测点的最终沉降量最大，卵石地层中测点的最终沉降　量最小：砂土地层和卵石地层中测点在盾构通过后测　沉降的影响研究ｆＪ１．隧道建设，２０１５，３５（１２）：１２８１—１２８６．　敏感度的风险分析ｆＪ］．岩石力学与工程学报，２０１５，３４（Ｓｕｐ１）：　３６０４—３６ｌ２．　６１郑刚．路平，曹剑然．基于盾构机掘进参数对地表沉降影响　略．黏土地层中测点的先行沉降量最大；砂土地层中　『点稳定所需的时间较短，而黏土地层由于自身土体的　『７１金明，司翔字，杨平．地铁隧道盾构施工参数对地表沉降影　响的试验研究ｆＪ】．现代城市轨道交通，２００９（５）：３２—３４．　收稿日期：２０１６—１０—２５　作者简介：桂程浩，男．在读硕士研究生，主要从事盾构隧道的技术　研究工作。　蠕变性质测点需要很长一段时间才能稳定。囡虱　参考文献：　【１】张恒，陈寿根，邓稀肥．盾构掘进参数对地表沉降的影响分析　北京今年新建续建７条地下综合管廊　北京市将迎来地下综合管廊密集建设期，２０１７年新建和续建的综合管廊项目达７个，远高于往年，均已列入今年重点丁程计　划。其中．新机场高速地下综合管廊、世园会园区综合管廊今年陆续开工。　２０１７年第４棚（７一）第３５巷辛荭投木　２０１