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土木工程填料级配指标技术说明

级配指标详解与工程应用

基础概念: 特征粒径 (Dxx)

在粒径分布曲线上,Dxx 表示小于某粒径的土颗粒质量占总质量的百分数。

三大特征粒径

D10 (有效粒径)

小于该粒径的颗粒占总质量的 10%。它反映了土颗粒中最细部分的特征,对土的渗透性影响最大。

D30 (中间粒径)

小于该粒径的颗粒占总质量的 30%。

D60 (限制粒径)

小于该粒径的颗粒占总质量的 60%。反映了土颗粒中较粗部分的特征。

核心指标详解

不均匀系数 (Cu, Coefficient of Uniformity)

计算公式:
Cu = D60 / D10
物理含义:

反映土颗粒大小分布范围的宽窄程度。

评价标准:
  • Cu 越大: 说明粒径分布范围越广,既有大颗粒也有小颗粒,级配越好。
  • Cu 越小(接近1): 说明粒径越均匀(大家一样大),级配越差。
  • 工程规范: 通常要求 Cu ≥ 5 (对于砂) 或 Cu ≥ 4 (对于砾石),才被认为级配良好。

曲率系数 (Cc, Coefficient of Curvature)

计算公式:
Cc = D302 / (D10 × D60)
物理含义:

反映级配累积曲线的形状,用于判断各级粒径是否连续(有没有"断档")。

评价标准:
  • 1 ≤ Cc ≤ 3: 说明各粒组含量比例适当,级配连续。
  • Cc < 1 或 Cc > 3: 说明可能缺失某种中间粒径,或者某种粒径过多,属于级配不良。

级配良好的判定条件

根据《土工试验规程》及相关路基施工规范,一种填料要被称为"级配良好" (Well-graded),
必须同时满足以下两个条件:

Cu ≥ 5

确保大小颗粒都有,能形成骨架

1 ≤ Cc ≤ 3

确保中间粒径连续,能填充空隙

重要:

如果不满足其中任何一项,则判定为"级配不良" (Poorly-graded)。

案例分析

典型案例: 单一粒径填料

项目 D10 (mm) D30 (mm) D60 (mm) Cu Cc
实测数据 30.7 30.7 30.7 1.00 1.00
计算过程:
  • Cu = D60 / D10 = 30.7 / 30.7 = 1.00
  • Cc = D302 / (D10 × D60) = (30.7)2 / (30.7 × 30.7) = 1.00
判定结论:
  • Cu = 1 < 5,说明颗粒大小完全一致,非常均匀。
  • 虽然 Cc 在 1-3 之间,但由于 Cu 不达标,且实际上是单一粒径。
  • 最终判定: 级配不良
  • 这种填料在工程中难以压实,容易产生空洞,稳定性差。

工程意义

级配良好

结构特点

大颗粒形成骨架承重,小颗粒填充空隙。

优势:
  • 压实密度大
  • 强度高
  • 水稳定性好
  • 理想的路基填料

级配不良

结构缺陷

颗粒大小不均或过于均匀,空隙率大。

劣势:
  • 压实困难
  • 透水性强但稳定性差
  • 容易发生工后沉降
  • 不适合作为路基填料

系统配置参数

基础参数

参数名称 类型 默认值 说明
frame_interval 整数 10 图像采集间隔,单位: 秒。控制系统多久采集一次图像进行分析
camera_type 字符串 hik 相机类型。可选值: hik(海康威视)、usb(USB相机)
camera_focal_length 数值 8.0 相机焦距,单位: mm。用于标定和距离计算
distance 数值 1000 相机到填料表面的距离,单位: mm

检测参数

参数名称 类型 默认值 说明
recognition_method 字符串 fastsam 识别算法。可选值: fastsam、sam3
oversize_threshold 数值 200 超粒径阈值,单位: mm。超过此值的颗粒将被标记为超限
min_axis_length 数值 5 最小轴长,单位: mm。过滤小于此值的颗粒
max_axis_length 数值 500 最大轴长,单位: mm。过滤大于此值的颗粒(去除噪声)
distance_measurement_method 字符串 qr_code 距离测量方法。可选值: qr_code(二维码标定)、fixed(固定距离)
qr_code_real_size 数值 100 二维码实际尺寸,单位: mm
参数调整说明:
  • 可通过 MQTT 远程控制命令动态调整参数
  • 参数修改后立即生效,无需重启设备
  • 建议在实际使用前进行现场标定