筛分析最常见的替代术语是级配测试。这两个术语都指的是用于确定土壤、骨料、沙子或砾石等粒状材料颗粒尺寸分布的相同实验室程序。这种分析在岩土工程、建筑和材料科学中是基础性的。
筛分析，或称级配测试，不仅仅是一个测量过程；它是一个关键的诊断工具。它使工程师能够对材料进行分类，并预测其物理行为，例如其强度、渗透性和压实特性，这对确保结构的安全性与性能至关重要。
级配测试的目的
级配测试是一种将干燥的材料样品分离成不同尺寸级分的方法。结果用于绘制颗粒尺寸分布曲线，这是材料质量如何分布在不同尺寸范围内的图形表示。
核心原理
该程序涉及将已知质量的材料通过一叠筛子，也称为筛架。这些是带有精确尺寸方孔的金属丝网，从顶部开口最大的筛子排列到最底部开口最小的筛子，最底部有一个实心底盘，用于收集最细的颗粒。
筛架会进行设定的机械振动时间。之后，称量保留在每个筛子上的材料重量。这些数据揭示了总样品中落在特定尺寸范围内的百分比。
关键分类术语
颗粒尺寸分布曲线的形状导致了关键的分类：
- 级配合适（Well-Graded）： 材料包含广泛且平衡的颗粒尺寸分布。这些材料倾向于压实成致密状态，空隙少，提供高稳定性和强度。
- 级配不良（Poorly-Graded 或 Uniformly-Graded）： 材料主要由相似尺寸的颗粒组成。这会形成具有大且相互连接的空隙的结构。
- 级配空缺（Gap-Graded）： 材料缺少一个或多个中间尺寸的颗粒。它有粗颗粒和细颗粒，但中间尺寸的很少。
为什么颗粒级配很重要
颗粒尺寸的分布直接控制着材料的工程特性。了解级配对于为特定应用选择正确的材料至关重要。
对强度和稳定性的影响
级配合适的骨料或土壤中，较小的颗粒会填充较大颗粒之间的空隙。这会形成一个致密、互锁的结构，具有高度的稳定性和承受显著载荷的能力，使其成为道路基础和结构地基的理想选择。
对渗透性和排水的影响
级配不良的粗粒材料（如干净的砾石）具有大且相互连通的空隙。这导致高渗透性，允许水轻松通过。这种特性对于挡土墙后或路面下的排水层是有益的。
相反，具有高百分比细颗粒（粘土和粉土）的材料的空隙非常小，导致渗透性低。这对于需要蓄水（如土坝的核心）的应用很有用。
了解局限性
尽管筛分析非常有用，但它也有重要的局限性。承认这些局限性是准确表征材料的关键。
不适用于细粒土
筛分析仅对粗粒颗粒（沙子和砾石）有效，这些颗粒通常大于 0.075 毫米（200 目筛的孔径）。
小于此尺寸的颗粒（粉土和粘土）由于静电力倾向于团聚在一起，使得物理筛分无效且不准确。
比重瓶试验的作用
对于细粒土，使用比重瓶试验（hydrometer test）。这种互补程序根据颗粒在流体中沉降的速度来测量颗粒尺寸分布，该速度受斯托克斯定律控制。
混合土的完整颗粒尺寸分布通常结合了筛分析（用于粗颗粒部分）和比重瓶试验（用于细颗粒部分）的结果。
根据目标做出正确的选择
“理想”的级配完全取决于您的项目目标。解释结果使您能够选择正确的材料以实现所需的性能。
- 如果您的主要关注点是强度和稳定性（例如，混凝土配合比、道路基础）： 您应该指定级配合适的材料，以实现最大密度和内摩擦力。
- 如果您的主要关注点是高排水性（例如，化粪池区域、盲沟）： 您应该使用级配不良的粗粒材料，以确保高渗透性。
- 如果您的主要关注点是低渗透性（例如，垃圾填埋场衬层、大坝核心）： 您需要含有足够细颗粒的材料来填充空隙并阻止水流。
最终，了解材料的颗粒级配使您能够在任何工程应用中控制其性能。
摘要表：
| 级配类型 | 颗粒尺寸分布 | 关键特性 | 理想应用 |
|---|---|---|---|
| 级配合适 | 颗粒尺寸范围广 | 高强度和稳定性 | 道路基础，地基 |
| 级配不良 | 颗粒尺寸相似 | 高渗透性和排水性 | 排水层，化粪池区域 |
| 级配空缺 | 缺少中间尺寸 | 特性可变 | 特定工程填料 |
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