有效粒径

工程地质学术语

粒径分布曲线上小于该粒径的土含量占总土质量的10%的粒径称为有效粒径。经过大量试验资料统计发现，不均匀砂土的透水性与全部由这种砂土的累计含量为10%的颗粒（dm）所组成的均匀砂土的透水性相当。它可用来计算不均匀系数和曲率系数以及评价土的抗渗流稳定性及砂土振动液化的可能性。

简介

土的结构性是指土颗粒的排列特征、连接形式以及土的孔隙性状等土的微观结构特性。固体颗粒构成土骨架，它对土的物理学性质起决定性的作用。研究固体颗粒就要分析粒径的大小及其在土中所占百分比，称为的土的粒径级配。粒径是指土颗粒的大小，通常有两种表示方法：平均粒径和有效粒径。平均粒径是指有50%（按质量计）土颗粒能通过的筛孔孔径（mm）。有效粒径是指有效粒径d10是指有10%（按质量计）土颗粒能通过的筛孔孔径（mm），或指相应于土的颗粒级配曲线上土粒相对含量为10%的粒径。有效粒径可以粒径级配曲线得到。有效粒径在很多方面都有应用，如大坝的反滤层中反滤料选择。

粒径级配曲线

又称筛分曲线，以骨料筛分试验所得的各号筛的累计筛余百分数为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标绘成的曲线。以表示混凝土骨料大小不同的颗粒互相搭配的比例情况。可以直观地判断骨料的级配是否符合规定的要求。泥沙粒径与小于该粒径的沙量百分数的关系曲线。它是泥沙颗粒分析最重要的内容和成果，是确定各种特征粒径的依据。它反映了土中各个粒组的相对含量，是直观反映泥沙样品颗粒级配组成的几何图形，也是计算有关特征值和资料整编的重要依据，根据颗粒级配曲线的坡度可以大致判断土的均匀程度或级配是否良好。曲线陡，表示粒径大小相差不多，土颗粒比较均匀；曲线缓，表示粒径大小相差悬殊，土颗粒不均匀，级配良好。

反滤层

不论是黏性土，还是非黏性土，只要土颗粒相互挤紧，即被“压实”，就只能发生流土而不是管涌。发生流土，土料的结构首先要被破坏，其临界条件取决于土体的应力状态和破坏条件，而不单纯是渗透力的作用。防渗料由于某种原因产生了裂缝，依靠反滤层的保护，裂缝会重新闭合或淤填并通过渗透固结而愈合。从而，回避了土体结构破坏条件的难题，允许用渗流通道的直径以及通道中流动颗粒直径的概念来设计反滤料的级配。将土分为“骨架粗料”和“填充细料”两部分。“骨架粗料”是土体的承载骨架，不存在单纯渗透力作用下的渗透变形稳定问题。渗透变形稳定问题只对“填充细料”提出。用反滤料的“填充细料”来保护被保护土的“填充细料”是反滤料设计的本质。反滤层被认为是土石坝和堤防工程安全的第一道防线，在保证土坝和堤防工程安全运行中至关重要。反滤料的级配设计是土石坝设计的核心问题之一。设计反滤料的依据是防渗料。若需掺料，还应认真研究掺料后的特性，然后才是反滤料自身的设计。《碾压式土石坝设计规范》已明确提出：用宽级配被保护土的“细粒部分”来设计宽级配反滤料的“细粒部分”的设计观念。规范对反滤层提出了滤土、排水、保护被保护土裂后自愈的要求，但未强调反滤层应具有适应较大剪切变形的能力。客观上，坝壳堆石体和心墙的变形模量常存在较大的差异，若其间的反滤层能承受较大的剪切变形，起到变形过渡的作用，无疑对保护防渗心墙的安全是有宜的。当然还可以增设过渡层。宽级配的反滤料当然比均匀级配的反滤料具有更好的适应剪切变形的能力。若增设的过渡层过于均匀，可能也难以起到“刚度”过渡的作用。事实上，反滤料未必一定要级配均匀。中国鲁布革水电站心墙坝的第一层反滤料的不均匀系数达12以上，柴河心墙坝的第一层反滤料的不均匀系数达48。而在日本，反滤料的最大粒径达100～200mm的工程实例并不在少数，通过#200筛（0.075mm）的颗粒含量η0.075>5%的工程也不止一个。它们的不均匀系数当然远大于5。

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