深入了解統一土壤分類法：土壤工程的關鍵知識

在不同的地方會有不同的土壤性質，因此為了區分土壤的不同以利設計時考量，就需要將土壤進行分類，而常用的土壤分類方法主要分為AASHTO系統 及 統一土壤分類法(USCS)，其中AASHTO系統主要用於公路路基分類，統一土壤分類則應用於所有大地工作分類，因此本文介紹較為常用的統一土壤分類法。

統一土壤分類判斷準則圖

名詞解釋

在詳細介紹分類步驟前先就判斷過程中會用到的名詞做解釋:

均勻係數Cu

均勻係數用於表示土壤的級配狀態，Cu=D60/D10，其中D60表示在土壤粒徑分布曲線中，累積通過百分比60%所對應的粒徑。

曲率係數Cd

取率係數用於描述土壤粒徑分布曲線的曲線平滑程度，曲率係數Cd(或寫Cc)=[(D30)^2]/(D10*D60)。

casagrande塑性圖

casagrande塑性圖如上所示主要用於細粒土的土壤分類，分類圖中A Line 線以上為黏土，A Line 線以下為粉土或有機土，圖中液性限度50為一個分界線，大於50則代表土壤有較高塑性，相反的低於50則塑性較低，而圖中較特別的區域為A Line線以上，PI值介於4-7之間的範圍，此範圍為低塑性黏土及低塑性粉土(CL-ML)之混合物，將PI=7帶入A Line公式反算可得液性限度LL值=29.6，代表在此點以上才適合用A Line來做判斷，如果低於此點則不能使用，將使用PI值是大於7、小於4或介於7與4之間。

液性限度(LL)

由阿太保試驗所得之指標，代表土壤呈液態的最低含水量，土壤狀態液態與塑態的含水量分界。

塑性限度(PL)

由阿太保試驗所得之指標，代表土壤呈塑態的最低含水量，土壤狀態塑態與半固態的含水量分界。

塑性指數(PI)

塑性指數(PI)為液性限度(LL)與塑性限度(PL)之差值，在此範圍裡面會發生土壤的最大剪切力、最大壓縮量和最大粘著力。

A Line

在塑性圖中的一條斜直線其方程式可以表示為PI=0.73(LL-20)，此線用於分類黏土及粉土或有機質之土壤，斜線上方為黏土，斜線下方為粉土及有機質土壤。

粗粒土分類判斷步驟:

1.土壤粒徑通過200號篩的比例大於或小於50%

通過200號篩的比例大於50%表示土壤中顆粒普遍小於200號篩的孔洞(0.075mm)所以是細粒土，相反的如果小於50%代表土壤中的顆粒普遍大於200號篩的孔洞(0.075mm)所以就是粗粒土，如果是粗粒土就可以繼續看通過4號篩的比例決定是沙還是粒石，相反的如果是細粒土就必須使用塑性圖進行判別。

2.土壤粒徑通過4號篩的比例大於或小於50%

通過4號篩的比例大於50%表示土壤顆粒普遍小於4號篩的孔洞(4.75mm)所以是砂(sand)，相反的如果小於50%表示土壤顆粒普遍大於4號篩的孔洞(4.75mm)所以是礫石(Gravel)。

3.土壤粒徑通過200號篩的比例大於12%、小於5%或兩者之間

判斷完粗粒土是砂還是礫石後接著透過通過200號篩的比例大於12%、小於5%或介於兩者之間，可以更進一步區分土壤的狀態。

3.1土壤粒徑通過200號篩的比例大於12%-由塑性圖PI值判斷

當判斷出砂或礫石後再進一步判斷通過200號篩的比例大於12%時，就必須透過塑性圖判斷PI值及LL值是落於A Line之上方還是下方，如果位於上方則為黏土(C)，下方則為粉土(M)，結合前一步驟判斷的砂(S)或礫石(G)，即可確定分類為SC、SM、GC或GM。

3.2土壤粒徑通過200號篩的比例小於5%-由Cu及Cd判斷

當判斷出砂或礫石後再進一步判斷通過200號篩的比例小於4%時，就必須判斷均勻係數(Cu)及曲率係數(Cd)是否符合判斷準則，之判斷準則如下

砂 : Cu >6且cd=1~3

礫石 : Cu >4且cd=1~3

如果符合上述判斷準則，則表示良好級配(W)，相反的如果有其中一項條件不符合，則表示不良級配(P)，因此結合前一步驟判斷的砂(S)或礫石(G)可以搭配出SW、SP、GW或GP。

3.3土壤粒徑通過200號篩的比例介於5%及12%之間-3.1及3.2之綜合

當判斷出砂或礫石後再進一步判斷通過200號篩的比例介於5%及12%之間時，判斷均勻係數(Cu)及曲率係數(Cd)是否符合判斷準則，

砂 : Cu >6且cd=1~3

礫石 : Cu >4且cd=1~3

就可以分類土壤性質為步驟3.1與3.2之組合。

參考:

[1]https://hackmd.io/@ab830220/r1mTUsOhI

[2]https://mail.geoengineer.org/education/laboratory-testing/atterberg-limits