有效粒徑

土的結構性是指土顆粒的排列特徵、連接形式以及土的孔隙性狀等土的微觀結構特性 ^[1]  。固體顆粒構成土骨架，它對土的物理學性質起決定性的作用。研究固體顆粒就要分析粒徑的大小及其在土中所佔百分比，稱為的土的粒徑級配。粒徑是指土顆粒的大小，通常有兩種表示方法：平均粒徑和有效粒徑。平均粒徑是指有50%（按質量計）土顆粒能通過的篩孔孔徑（mm）。有效粒徑是指有效粒徑d10是指有10%（按質量計）土顆粒能通過的篩孔孔徑（mm），或指相應於土的顆粒級配曲線上土粒相對含量為10%的粒徑。有效粒徑可以粒徑級配曲線得到。有效粒徑在很多方面都有應用，如大壩的反濾層中反濾料選擇。

又稱篩分曲線，以骨料篩分試驗所得的各號篩的累計篩餘百分數為縱座標，以篩孔尺寸為橫座標繪成的曲線。以表示混凝土骨料大小不同的顆粒互相搭配的比例情況。可以直觀地判斷骨料的級配是否符合規定的要求。泥沙粒徑與小於該粒徑的沙量百分數的關係曲線。它是泥沙顆粒分析最重要的內容和成果，是確定各種特徵粒徑的依據。它反映了土中各個粒組的相對含量，是直觀反映泥沙樣品顆粒級配組成的幾何圖形，也是計算有關特徵值和資料整編的重要依據，根據顆粒級配曲線的坡度可以大致判斷土的均勻程度或級配是否良好。曲線陡，表示粒徑大小相差不多，土顆粒比較均勻；曲線緩，表示粒徑大小相差懸殊，土顆粒不均勻，級配良好。

不論是黏性土，還是非黏性土，只要土顆粒相互擠緊，即被“壓實”，就只能發生流土而不是管湧。發生流土，土料的結構首先要被破壞，其臨界條件取決於土體的應力狀態和破壞條件，而不單純是滲透力的作用。防滲料由於某種原因產生了裂縫，依靠反濾層的保護，裂縫會重新閉合或淤填並通過滲透固結而癒合。從而，迴避了土體結構破壞條件的難題，允許用滲流通道的直徑以及通道中流動顆粒直徑的概念來設計反濾料的級配。將土分為“骨架粗料”和“填充細料”兩部分。“骨架粗料”是土體的承載骨架，不存在單純滲透力作用下的滲透變形穩定問題。滲透變形穩定問題只對“填充細料”提出。用反濾料的“填充細料”來保護被保護土的“填充細料”是反濾料設計的本質。反濾層被認為是土石壩和堤防工程安全的第一道防線，在保證土壩和堤防工程安全運行中至關重要。反濾料的級配設計是土石壩設計的核心問題之一。設計反濾料的依據是防滲料。若需摻料，還應認真研究摻料後的特性，然後才是反濾料自身的設計。《碾壓式土石壩設計規範》已明確提出：用寬級配被保護土的“細粒部分”來設計寬級配反濾料的“細粒部分”的設計觀念。規範對反濾層提出了濾土、排水、保護被保護土裂後自愈的要求，但未強調反濾層應具有適應較大剪切變形的能力。客觀上，壩殼堆石體和心牆的變形模量常存在較大的差異，若其間的反濾層能承受較大的剪切變形，起到變形過渡的作用，無疑對保護防滲心牆的安全是有宜的。當然還可以增設過渡層。寬級配的反濾料當然比均勻級配的反濾料具有更好的適應剪切變形的能力。若增設的過渡層過於均勻，可能也難以起到“剛度”過渡的作用。事實上，反濾料未必一定要級配均勻。中國魯布革水電站心牆壩的第一層反濾料的不均勻係數達12以上，柴河心牆壩的第一層反濾料的不均勻係數達48。而在日本，反濾料的最大粒徑達100～200mm的工程實例並不在少數，通過#200篩（0.075mm）的顆粒含量η0.075>5%的工程也不止一個。它們的不均勻係數當然遠大於5 ^[2]  。