基本介紹
- 中文名：粒度分布曲線
- 外文名：grain size distribution curve
- 又稱：粒度分布頻率曲線
- 橫坐標：粒度大小
- 圖像特徵：一波狀起伏的圓滑的頻率曲線
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黃土粒度分析
粒度分布曲線是土壤最基本的土性參數之一，通過數學方程預測粒度分布曲線將為工程勘察節省大量成本。Fred⁃lund建立在Fredlund和Xing土水特徵曲線方程基礎上的粒度分布曲線方程已被證明適用於多種土類，但其對中國黃土的有效性很少得到驗證。
Fredlund粒度分布
Fredlund和Xing （1994） 土-水特徵曲線方程是建立在孔徑分布基礎上的，假設土孔隙是一系列相互連通，隨機分布的孔隙，由毛細理論可知，土在脫濕過程中，水先從大孔徑孔隙排出，後從小孔徑孔隙排出，則土體積含水率公式中：θ（R）是孔徑小於R的孔隙都充滿水時的體積含水率，Rmin為最小孔徑，f（R）為孔隙體積密度函式，r 為孔徑。
由於孔徑和吸力之間具有反比關係，即 r=C/ψ，土體積含水率公式中：C為常數，ψ為吸力，ψmax 為對應於最小孔徑的最大吸力，h為一個虛擬吸力變數。
由此而得的van Genuchten（1980）方程對應的與吸力有關的孔隙體積密度函式公式中：考慮了土水特徵曲線覆蓋整個吸力範圍，即0~106kPa。a，m， n為擬合參數，e常數。
由Fredlund和Xing（1994）土-水特徵曲線方程公式中：C（ψ）為調整函式；吸力很小時等於1，吸力為 106kPa 時等於0；ψr等於殘餘吸力值；θs等於飽和體積含水率。
土-水特徵曲線能夠反映土體的孔徑分布特徵，而粒度分布曲線反映的是土顆粒的大小，土顆粒體積與孔隙體積之和即為土體總體積，可以說土水特徵曲線和粒度分布曲線呈相反發展趨勢。Fredlund和Xing （1994） 在土水特徵曲線方程基礎上提出了粒度分布曲線預測方程公式中：Pp（d）等於小於某一粒徑的顆粒所占百分比，agr，ngr，mgr為擬合參數，其意義與a，n，m在土水特徵曲線上表示的物理意義相似，即都是控制曲線形狀的參數。drgr等於與細粒含量有關的參數，dm為最小粒徑，d為粒徑。
黃土粒度曲線
採用Fredlund粒度分布曲線方程對這些黃土的粒度數據進行擬合，Fredlund粒度分布曲線方程對中國黃土的粒度分布曲線擬合精度較高 （方差均小於 0.1），參數穩定且呈規律性變化，能夠很好地反映中國黃土的地域性特點。
將各地區粒度分布曲線擬合參數取均值，Fredlund粒度分布曲線方程中參數agr對應Fredlund和Xing （1994） 土-水特徵曲線方程中的參數a （與進氣值有關，通常稍大於進氣值），均反映了曲線的拐點位置。中國黃土粒度分布曲線參數agr從西北向東南呈下降趨勢。agr越小，粒度分布曲線重心越偏向左，即粒徑越小，級配越均勻，這和中國黃土粒徑的地域性特點一致，即從西北向東南，受風力的搬運作用，分選性越好。
參數mgr控制曲線細粒段的坡度，mgr越小，粒度分布曲線細粒段增長越快，表明土體細粒含量越多。中國黃土粒度分布曲線參數ngr從西北向東南表現出波動且整體下降的趨勢，參數mgr有微弱波動，但變化趨勢不明顯，局部也見下降的趨勢。參數drgr被證明對粒度分布曲線的影響較小，但可以通過改變drgr來最佳化預測結果。這說明這些參數同樣具有地域性特點，得到的擬合參數即可用於各個地區的粒度分布曲線預測，各個參數的物理意義不僅能夠指導粒度分布曲線的預測，也對粒徑分析和土的分類具有指導意義。
粒度曲線套用
粒度分布曲線能夠靈敏的反映水動力條件，是識別沉積環境的重要圖解。對勝坨地區沙三段三角洲沉積微相研究發現，粒度分布曲線組合樣式能夠準確地識別沉積微相。
河流作用
該種河口壩頂部為低斜多跳懸浮式，中底部為兩跳一懸式的粒度分布曲線組合樣式。低斜多跳懸浮式粒度分布曲線的主要特徵為：跳躍組分又分為3個次級組分，累積含量達80%～90%，3個次級組分斜率基本25°～60°，分選不齊，剩餘的懸浮組分含量10%～20%，分選差。低斜多跳懸浮式粒度分布曲線主要出現於河口壩頂部的細砂岩中，反映了洪泛期的水攜粗粒沉積物，由於河口區波浪作用的阻擋，水體不穩，水流速度驟減，碎屑物質快速堆積的特徵。兩跳一懸式粒度分布曲線主要出現於河口壩的中—底部粉細砂岩中，其特徵為：跳躍組分又分為兩個次級組分，累積含量大於70%，粗粒級跳躍組分斜率大，反映砂岩的分選好；細粒級跳躍組分斜率小，分選中等，反映了波浪作用偏弱的特徵。懸浮組分含量小，分選差，與跳躍組分的相交點Φ值為4.0～5.0，與水下分流河道相比，Φ值明顯增大，反映河口壩底部水動力條件減弱。該種曲線跳躍組分與懸浮組分的交點Φ值自上而下逐漸變大，說明反粒序的河口壩碎屑物質粒徑小，波浪能量弱的沉積特徵。
波浪作用
該種河口壩的頂部為牽引－跳躍－懸浮式，中下部為高斜兩跳懸浮式粒度分布曲線組合樣式。牽引－跳躍－懸浮式粒度分布曲線主要見於河口壩頂部的中細砂岩中，其主要特徵為：3個次級組分發育齊全，牽引組分含量少，一般小於15%，斜率一般低於20°，與跳躍組分的交點Φ值約為2.0，反映砂質粒徑粗，分選差；跳躍組分含量70%～85%，斜率約為50°，與懸浮組分的交點Φ值為3.0～4.0，反映砂質分選好；懸浮組分含量15%，斜率低，砂質分選差。高斜兩跳懸浮式是以分選良好的跳躍組分為主，少量牽引和懸浮組分，主要出現於河口壩的中下部粉細砂岩中，其特點與河流作用強的河口壩的曲線特點相似，但跳躍組分的斜率明顯偏大，反映經過波浪作用的加工，砂岩明顯分選好的特徵。該種曲線與波浪帶淺灘型粒度分布曲線特徵相似，是波浪加工的典型曲線特徵，因缺乏強水動力條件，牽引組分常為分選差的細砂岩。
粒度曲線套用
用粒度分布曲線圖解釋環境是最有效的一種圖解形式。綜合各種沉積環境的機率曲線可見，由於不同沉積環境水動力條件的變化，沉積物的搬運方式不同，導致各種沉積環境的粒度分布曲線也不同，但這些變化有一定規律。粒度分布曲線對水動力條件的變化較靈敏，利用單條曲線判斷沉積相會存在多解性，但利用粒度分布曲線的組合樣式能很好的識別沉積微相。勝坨地區南部沙三段不同的沉積微相具有不同的粒度分布曲線組合樣式，正是利用這種差異性，可以很準確地識別沉積微相類型。
