单级湿筛分法：一种优化后的快速、精确的细粒土壤粒径分析方案

《CATENA》：Single-stage wet sieving: an optimized protocol for rapid and accurate particle size analysis of fine-grained soils

细粒土颗粒分布测试方法优化与验证。提出基于粘土含量的单参数分级方程，将多阶段湿筛简化为单阶段操作，通过兰州黄土和邯郸膨胀土实验验证，结果显示该方法与多阶段湿筛的PSD曲线匹配度达96.82%，测试时间减少46.6%，材料成本降低85.96%。

　　在土壤颗粒级配分析领域，传统的检测方法如标准沉降法（如比重计法）和湿筛法在实践中被广泛应用。然而，这些方法在实际应用中也暴露出一些局限性，例如沉降法虽然具有较高的精度，但其操作流程复杂、耗时较长，且对实验条件控制要求较高；而湿筛法则虽然操作相对简便，但多阶段的筛分过程可能影响测试效率和经济性。为了克服这些缺点，本文提出了一种基于单一参数优化的湿筛法，旨在实现对细粒土颗粒级配的快速、准确和经济的测定。

细粒土作为土壤的重要组成部分，其颗粒级配不仅决定了土壤的基本性质，还对工程分类、土壤命名以及土体的物理力学特性产生重要影响。细粒土通常包括粉土和黏土，其粒径范围一般小于0.075毫米。目前，许多工程标准和规范（如ASTM D2487、BSI 14688、GB/T 50123-2019等）均采用了传统筛分法和沉降法相结合的方式进行细粒土的颗粒分析。然而，这种方法存在操作繁琐、效率低下的问题，特别是在对细粒土的筛分过程中，由于需要使用不同孔径的筛布，不仅增加了实验的复杂性，也提高了实验成本。

针对上述问题，本文引入了一种新的颗粒级配方程，该方程以黏土含量为核心变量，将细粒土的颗粒级配曲线建模为单一参数函数。通过这一方程，细粒土的颗粒级配可以仅通过测定黏土含量来实现，从而将原本多阶段的筛分流程简化为单一阶段的实验过程。该方法不仅减少了实验步骤，也降低了对筛布材料的需求，显著提升了实验效率并减少了成本。此外，该方法的理论基础清晰，具备较强的物理意义，为工程实践中细粒土颗粒级配的快速测定提供了新的思路。

本文的创新点在于将传统的湿筛法与颗粒级配方程理论相结合，提出了一种全新的湿筛测试流程。首先，通过实验验证，发现细粒土的黏土含量在两种湿筛法（多阶段和单阶段）中均显著高于沉降法的结果。这表明，沉降法在细粒土颗粒测定中可能低估了黏土含量，因此在实际工程中，湿筛法更为可靠。进一步对比多阶段和单阶段湿筛法的测试结果，发现两者在颗粒级配曲线的匹配度方面达到了97.57%以上，说明该方法在理论上和实践中都具有高度的适用性。

此外，本文还对上海地区的土壤数据进行了验证，结果显示，单阶段湿筛法与多阶段湿筛法所得的颗粒级配曲线高度一致，且R2值达到了0.99以上，进一步验证了该方法的可靠性。这些实验结果表明，单阶段湿筛法不仅在细粒土的测试中具有良好的精度，而且在效率和成本方面也表现出明显的优势。相比传统的多阶段湿筛法，单阶段方法的测试时间减少了约46%以上，同时筛布材料成本也降低了85.96%以上，为工程实践提供了更经济高效的解决方案。

本文的研究成果具有重要的工程应用价值。首先，单阶段湿筛法的引入，使得细粒土颗粒级配的测定更加高效，有助于加快工程进度，减少实验时间成本。其次，该方法在实验精度上与多阶段湿筛法相当，能够提供可靠的颗粒级配数据，为工程设计和施工提供科学依据。此外，该方法还具有较强的通用性，适用于多种类型的细粒土，包括兰州黄土、邯郸膨胀土和上海地区的土壤样本，表明其在不同地质条件下的适用性。

然而，尽管单阶段湿筛法在多个方面表现出色，仍需进一步研究以提升其适用范围和可靠性。例如，可以将该方法与其他颗粒分析技术（如干筛法、气流筛分法等）进行系统比较，以明确每种方法在不同场景下的优劣和适用条件。此外，还需要在更多土壤类型和更广泛的地质条件下进行实验验证，以确保该方法的普适性和稳定性。随着实验数据的不断积累，可以借助多元回归分析和机器学习等技术手段，进一步挖掘颗粒级配与土壤物理力学性质之间的复杂关系，从而推动细粒土研究的深入发展。

综上所述，本文提出的单参数湿筛法在细粒土颗粒级配分析中具有显著的创新性和实用性。它不仅优化了传统的测试流程，提高了测试效率，还确保了实验结果的准确性。同时，该方法为工程实践提供了更加经济高效的解决方案，具有广泛的应用前景。未来的研究方向应包括扩大实验样本的范围、深化对土壤特性的理解以及探索更多先进的分析技术，以进一步提升该方法的适用性和科学性。