高山

摘要：本文以绘制土颗粒级配曲线图方法中存在的绘图方法落后、精度差、计算不准确等问题入手，提出了解决了办法，并通过EXCEL和AUTOCAD软件的联合使用，达到了绘图准确、高效的目的。

Abstract： There are some problems such as backward， poor accuracy， inaccurate calculation etc. existing in the methods of drawing the soil particle gradation curves. Based on these， this paper proposed the solutions， and through the combination of EXCEL and AUTOCAD software， achieved accurate drawing and high efficiency.

关键词：绘制；土；颗粒级配曲线；方法

Key words： drawing；soil；particle gradation curve；method

中图分类号：TV641 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）10-0098-03

0 引言

土的颗粒级配曲线图是土工程分类的重要依据，但规范中绘制土颗粒级配曲线图的方法落后、准确度低、复现性差、效率不高，不能满足工程实际的需要。本文从解决这些问题入手，探寻一种精确绘制土颗粒级配曲线图的方法。

1 问题的提出

1.1 概述

土是矿物或岩石碎屑构成的松软集合体，在工程建设中常被用作路基的填料。而填料的使用须严格按照规范或图纸的规定执行，如路基的不同部位应使用的不同种类的填料，以满足承载力等技术指标的要求。因此确定土的填料名称和填料组别就成为控制工程质量的关键环节。

1.2 土的分类

土的工程分类通常按照土颗粒的大小中把土分成巨粒土、粗粒土、细粒土。其中巨粒土和粗粒土的分类是以粒径大小作为主要依据，它们需采用颗粒分析试验结果进行分类。因此，颗粒分析试验是土填料分类的关键方法。

1.3 颗粒分析试验

颗粒分析试验是使用规定粒径的套筛，对土样进行筛分，得到小于各筛孔径（颗粒粒径）的试样质量分数。再以小于某粒径的试样质量分数为纵坐标，颗粒粒径为横坐标，在半对数坐标纸上绘制颗粒大小分布曲线图。在该图上找出d60、d30、d10的位置和读取坐标值（d60、d30、d10分别表示），再计算Cu（不均匀系数）和Cc（曲率系数），判断级配是否良好。最后通过查土的分类表，对照以上的结果，确定土的填料名称和填料组别。

1.4 手工绘图的问题

按照规范要求，手工使用半对数坐标纸上绘制颗粒大小分布曲线图，并计算Cu和Cc。如图1所示。

从图1中可以发现两个问题。第一，该图横坐标是单对数曲线坐标，只能准确标出当前数量级内的整数坐标，如“10-100区间”内能准确标出10、20、40、60，“1-10区间”内能准确标出1、2、5等，但土工试验标准筛的筛孔是固定的，如标准里给出的土工筛的孔径为“60、40、20、10、5、2、1、0.5、0.25、0.075mm”，这10个筛径里“0.25、0.075mm”在单对数坐标纸中无法准确表示。第二，在曲线上标出d60、d30、d10后（小于某粒径的土粒质量占总土质量的60%、30%、10%的粒径），这三个点对应的横坐标一般不会正好落在坐标纸的线上，这样无法读出这三个数据的准确值，甚至因为对数坐标的不均匀性，会出现读d60，d30，d10数据不准的情况。

1.5 对土分类结果的影响

以《铁路路基设计规范》对土的定名为例：土的二级定名中颗粒级配将是区分土的填料分组是A还是B的重要条件。颗粒级配良好则填料分组为A，否则为B。而颗粒级配良好的条件是“不均匀系数Cu≥5，且曲率系数Cc在1～3范围”。（Cu=d60/d10 Cc=d230/d60·d10）

为了评价以上1.4节两个问题土分类结果的影响，组织5名试验人员对同一份填料土样品进行颗粒分析试验，使用手工绘图的方式得到的结果如表1。

表1的数据说明，颗粒大小分布曲线图绘制取点不准确和d60，d30，d10数值读不准，会造成Cu（不均匀系数）和Cc（曲率系数）的计算结果不准，从而导致分类结果不确定，出现同一种土竟然会得到不同的分类结果的现象。

2 原因分析

造成这种问题的原因有以下几个方面：第一，颗粒级配曲线图本身不精细，坐标不全，会造成描点不准确，如0.25、0.075mm的位置不能准确定位。第二，曲线绘制方法落后，受人、绘图工具（笔和曲线板）等因素影响大，曲线形状不固定，复现性差。如绘图笔尖宽度，曲线板曲线部分的选择等。第三，d60，d30，d10計算不精确，d60，d30，d10确定位置后后需要计算具体数值，而图中无可参照的坐标，没法确定具体数值。

3 解决办法

3.1 首先对颗粒大小分布曲线进行改进，增加精度。经过比选，使用AUTOCAD绘制的颗粒大小分布曲线图比较理想。如图2。AUTOCAD绘制的颗粒大小分布曲线图使用辅助坐标轴绘制，这个坐标轴（图3中红色部分）与颗粒大小分布曲线图的横坐标是常用对数关系，能精确给横坐标上的筛径定位。如：0=lg1，1mm筛径对应辅助坐标轴里的0点；同理“10=lg1，0.301=lg2”，每个筛径的位置都能精确绘出（包括0.25mm和0.075mm）。

3.2 其次解决曲线绘制自动化的问题。使用AUTOCAD“多段线”命令绘制曲线，并进行“拟合”编辑，能够使曲线绘制快速准确，且复现性良好，消除了其他因素的影响。具体操作步骤为：先以筛径为横坐标，通过率为纵坐标描点，再用“多段线”将这些点连成折线，最后使用AUTOCAD的内部命令 “PEDIT”对该多段线进行编辑，选择“拟合”选项，折线就能够拟合成圆滑曲线。如图2所示。

3.3 最后采用3.1提到的辅助坐标轴用“反lg”计算d60、d30、d10值，可以精确到小数点后四位，完全能够满足计算精度的要求。如图3所示。

4 成果验证

采用新方法再次组织5名试验人员对同一份填料土样品进行颗粒分析试验，得到图形形状，d60、d30、d10结果均一致的结果。

5 成果改进

新方法虽然解决了以上提出来的逐项问题，但绘图描点过程是重复性劳动，需要10几个点的坐标逐个确定，效率很低。因此引入EXCEL软件，通过编码做出绘图配套表格，将筛分析结果自动生成描点坐标。绘图时，复制所有坐标数值，一次性粘贴到AUTOCAD中，大大提高了绘图效率。绘图流程见图4。

6 结语

本文提出的精确绘制土颗粒级配曲线图方法有效解决了传统土颗粒级配曲线图绘制方法不准确、复现性差，甚至影响土分类结果的情况。并通过EXCEL和AUTOCAD软件的联合使用，使绘图过程程序化，消除了人为因素的影响，提高了绘图效率，达到了准确、高效的目的。该方法通过在集团公司范围内的应用，得到了广大试验人员和业主、监理等各方的认可，取得了良好的效果。

参考文献：

[1]GB50123-1999，土工试验方法标准[S].

[2]TB10102-2010，铁路工程土工试验规程[S].

[3]徐还，王聪.用计算机绘制泥沙颗粒级配曲线的探讨[J].河海大学科技情报，1990（04）.