不同粒径沙粒休止角测定

不同粒径沙粒休止角测定

1 实验目的

维持坡面物质稳定的力主要由四个方面组成，一是组成坡面物质的休止角；二是坡面物质间的摩擦阻力；三是坡面物质之间的粘结力；四是穿插在土体中植物根系的固结作用力。

本实验就是在排除（不考虑）后三种作用力的情况下，探讨组成坡面物质的休止角与坡面稳定之间的相关关系。

2 实验原理

沙粒的休止角大小受三方面影响：

其一是随其水分含量的变化而发生变化，水分含量升高时，其休止角变小，二者呈现负相关关系。

其二是沙粒的休止角受粒径大小的影响，其它条件相同时，沙粒的休止角与其粒径呈现正相关关系。

其三是沙粒的休止角受沙粒形状的影响，其蘑圆度较好时，沙粒的休止角较小，反之则较大。即沙粒的休止角与其蘑圆度呈现负相关关系。

当组成坡面物质的休止角大于或等于坡面坡度角时，无论坡面有多长，坡面都是处于稳定状态而不会发生重力侵蚀。一般情况下不同泥沙石块的休止角如表3.1和表3.2所示。

表3.1 几种岩石碎块的休止角（度）

表3.2 几种含水量不同泥砂的休止角（度）

3 实验用具

厚度为3.0~5.0mm、面积为50×50cm的平板玻璃1块；

分析化学用普通滴定试管架1个；

玻璃漏斗1个；

500ml量筒1个；

1000ml烧杯1个；

2.0m钢卷尺1个；

记录及计算用具适量（记录纸，铅笔，计算器等）。

4 实验方法和步骤

4.1 将从野外采取的沙粒手工拣去石块，用标准土壤筛筛选得到一定粒径范围的分级沙粒，粒径组分别为1.00~2.00 mm、0.50~1.00 mm、0.25~0.50 mm、0.10~0.25 mm和0.074~0.10 mm，筛分后每个粒径组的泥沙重量至少为

5.0 kg。

4.2 将筛分后的沙粒用清水洗掉黏附在沙粒表面的粘土，以消除实验中粘土导致的粘结力。

4.3 将洗净的每种粒径的沙粒分别放于干燥地表风干、收于小桶内备用。

4.4 将平板玻璃水平放于实验台上，滴定试管架安放于平板玻璃一侧，将漏斗置于试管

图3.1 沙粒休止角测定装置示意图

4.5 从安置好的漏斗上部，将备好的风干沙粒（一个粒径范围内的）徐徐放下，同时进行观察。就会发现平板玻璃上的沙堆角度不断发生变化，即沙堆的半径和其高度的变化不是成比例的。

在从漏斗上部不断补充沙粒的时候，应随时将安置漏斗的试管架横梁逐渐上移，以保持漏斗下部与沙堆顶部距离始终不小于1.0cm左右。

4.6 边逐渐上移试管架横梁，边继续向漏斗内加注沙粒，直至沙堆的半径与其高度比值不再发生变化，即沙堆的坡度不再发生改变为止。此时观测到的沙堆角度既为采用一定粒径沙粒风干时的休止角。

4.6 观测到风干沙粒的休止角后，从漏斗上部徐徐滴入清水，就会发现原沙堆的高度逐渐降低，而其直径在不断增大，即沙堆的坡面角度在逐渐减小。再徐徐滴水并随时记录沙粒含水量与沙堆坡面角度的变化过程。

4.7 继续滴水直至有水流从沙堆底部渗出为止，即沙堆水分含量近于饱和状态。此时沙堆的休止角既为水分饱和时的休止角。

5 数据整理与分析

5.1 列表计算风干沙粒数量与沙堆坡面角度的变化过程，直至测定计算到风干沙的休止角为止。

5.2 列表计算沙堆水分含量与不同水分含量时的休止角变化过程，直至沙堆水分达饱和时为止。

6 实验报告编写

将实验过程中观测到的现象进行描写，并分析所有数据得到特定粒径沙粒不同含水量时的休止角。