土体的颗粒成分对土体的工程性质有显著影响,而现有土工试验相关规范中,采用基于Stokes沉降速率公式的沉降分析法测试土体中细颗粒的粒度成分,Stokes理论假定颗粒为理想球体,颗粒表面不携带电荷等等,这些与实际上土颗粒的条件不符,例如:黏土矿物颗粒多为片状且表面存在较大密度的不饱和电荷,这类颗粒在水溶液中的沉降速率与Stokes假定理想球体的沉降速率偏差较大,进而使得沉降分析法测试土粒度成分存在误差。该误差可影响试验人员对土体基本特性的认识和判断,例如形状非球形甚至为片状的矿物颗粒沉降速率较小,导致试验结果高估了土样中的黏粒含量。类似这样的错误判断,可阻碍学者们探索颗粒粒度分布影响土体强度和变形的物理机制和影响规律;不利于工程技术人员对相关工程技术方案的选择,甚至影响工程技术方案设计的可靠性。因此,本文基于测量精度不受颗粒沉降速率影响的激光散射法,分别采用人工土和天然土对沉降分析法进行对比试验分析,讨论颗粒沉降速率的影响因素;针对上述颗粒沉降速率的影响因素,通过自制试验设备进行沉降速率试验,探索矿物成分、颗粒粒径、颗粒浓度、离子浓度等因素影响颗粒沉降速率的作用机制和规律;通过自制试验设备进行沉降电势试验,探索矿物成分、颗粒粒径、颗粒浓度、离子浓度等因素影响颗粒沉降电势和沉降电势影响颗粒沉降速率的作用机制和规律。本文的主要研究工作和成果如下:(1)以两类人工黏土矿物颗粒、两类人工非黏土矿物颗粒和四个地区的天然土为试验对象,进行沉降分析法和激光散射法的对比试验与分析。因激光散射法的试验结果不受颗粒沉降速率影响,本文以激光散射法的试验结果为参考基准,研究颗粒沉降速率影响因素和作用规律,对比试验研究结果表明:不同矿物颗粒进行沉降分析法测试粒度成分时产生的误差不同,矿物颗粒表面活性越大,形状越偏离球体,由沉降分析法测得的粒度成分误差越大;(2)基于沉降分析法和激光散射法的对比试验结果,探索修正沉降分析法误差的方法,利用本文“一次修正”和“二次修正”的修正方法对沉降分析法试验结果进行修正,修正效果良好;(3)通过自制试验设备进行沉降速率试验,试验结果分析表明:非黏土矿物颗粒的沉降速率与颗粒粒径为正相关关系、与颗粒浓度和离子浓度为负相关关系;黏土矿物颗粒的沉降速率随颗粒粒径和颗粒浓度的增大而增大、随着离子浓度的增大,先增大,后减小;等效粒径相同时,黏土矿物颗粒的沉降速率远小于非黏土矿物颗粒;(4)通过自制试验设备进行沉降电势试验,试验结果分析表明:颗粒沉降电势与悬浮液深度、颗粒浓度为正相关关系、与沉降历时、离子浓度为负相关关系;非黏土矿物颗粒的沉降电势与颗粒粒径为负相关关系;黏土矿物颗粒的沉降电势与颗粒粒径为正相关关系;相同沉降环境条件下,黏土矿物颗粒的沉降电势大于非黏土矿物颗粒的沉降电势。