土壤粒徑分析：從基礎測試到工程應用完整指南

土壤粒徑分佈是影響工程決策的關鍵參數之一，能幫助地質工程師預測土壤的強度與行為，進而做出更合適的應用決策。然而，傳統測試方法往往耗時且容易產生誤差，如何更快、更準確地獲得可靠數據？本篇將深入解析土壤粒徑分析的關鍵技術，並探討精準儀器如何提升測試效率。

目錄

■ 土壤粒徑分佈的重要性

■ 什麼是土壤粒徑分佈？

■ 解讀土壤粒徑分佈圖與曲線

■ 快速精準的解決方案

■ 土壤粒徑應用實例

 

土壤粒徑分佈的重要性

粒徑分佈影響多項關鍵的工程特性，包括：
 

土壤強度

較大粒徑的土壤顆粒因摩擦力較高而具備更大強度

滲透性

粗顆粒土壤的滲透係數較高，細顆粒土壤則較為不透水。這會影響地下水流動控制、工程防水、排水系統設計、擋土結構穩定性以及污染物擴散速率

壓實性能

含水量與級配影響壓實度。良好級配的土壤能達到更高密度，降低含水量並提高壓實度
 

什麼是土壤粒徑分佈？

土壤粒徑分佈描述了土壤樣本中不同粒徑的比例。土壤樣本可分成不同粒徑範圍的級別，每個級別代表一定範圍的顆粒大小。根據英國標準 BS5970，土壤可依粒徑分類如下：

  • 黏土（Clay）：<0.002mm

  • 粉土（Silt）：0.002mm–0.063mm

  • 砂（Sand）：0.063mm–2mm

  • 礫石（Gravel）：2mm–63mm

  • 鵝卵石（Cobbles）：63mm–200mm

  • 巨礫（Boulders）：>200mm

 

解讀土壤的粒徑分佈圖與曲線

土壤粒徑分佈描述了土壤樣本中不同粒徑的比例，通常以圖表呈現，而圖表中將會呈現粒徑分布曲線。

  • 縱軸：累積重量百分比（比特定尺寸小的顆粒所佔比例）。

  • 橫軸：對數刻度表示粒徑大小。

粒徑分佈結果通常會繪製成粒徑分佈曲線（又稱 grading curve）。這條曲線顯示了樣本中顆粒大小的範圍，從最小到最大。若土壤顆粒大小完全相同，粒徑分佈曲線會呈現垂直線。然而，大多數土壤包含多種不同大小的顆粒，因此曲線會呈現平滑上升趨勢，反映土壤顆粒的分佈情況。

如果土壤的粒徑分佈範圍廣且無明顯間隙，則稱為良好級配（well-graded），其粒徑分佈曲線通常呈現平滑的“S”形，並且能夠被壓實至高密度狀態。

 

快速精準測量土壤粒徑分佈的技術方案

傳統方法如篩分試驗與沉降分析，雖然沿用已久，但存在耗時、操作繁瑣及測量誤差的問題。相比之下，雷射粒徑分析技術可在短時間內提供高準確度數據，減少誤差。

以 Microtrac SYNC 雷射粒徑分析儀 為例，其技術優勢包括：

  • 全自動化測試流程，有效減少人為誤差

  • 雙重分析技術：結合靜態雷射繞射與動態圖像分析，不僅測量粒徑，還能即時提供顆粒形態與樣貌

  • 一鍵自動清洗，確保儀器無殘留，維持測試準確性

  • 測量快速高效，最短 30 秒內完成分析

  • 靈活切換測量模式，可在乾式與濕式粒徑分析間快速轉換

  • 即時數據視覺化，提升分析與決策效率

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土壤粒徑應用實例 

道路建設中的粒徑規範

道路工程師通常規定每層鋪設材料的粒徑範圍，確保道路結構的穩定性。規範內的粒徑範圍通常以上限與下限表示，並繪製兩條篩分曲線，介於這兩條曲線之間的材料即可符合規範，確保道路結構的穩定性。

土工格柵孔徑與粒徑適配

良好級配的粒料常與穩定型土工格柵（geogrid）搭配使用，以提升工程性能。土工格柵的孔徑必須與粒料的最大粒徑相匹配，才能發揮最佳穩定效果。

 

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