实验一不同粒径沙粒休止角测定

实验一 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1.1和表1.2所示。

表1.1 几种岩石碎块的休止角（度） 岩 屑 堆 的 成 分 最小 砂岩、页岩（角砾、碎石、混有块石的亚砂土） 砂岩（块石、碎石、角砾） 6 砂岩（块石、碎石） 7 页岩（角砾、碎石、亚砂土） 6 33 29 45 20 322 4最大 4平均 35 32 33 38 石灰岩（碎石、亚砂土） 7

25 434 表1.2 几种含水量不同泥砂的休止角（度）

泥 砂 种 类 泥 松软沙质粘土 洁净的细沙 紧密的细沙 紧密的中粒沙 松散的细沙 松散的中粒沙 砾石土 3 实验样品制备

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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 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；

37 33 27 37 37 30 33 22 25 40 45 45 27 30 33 22 25 27 40 40 25 27 干 很 湿 水 分 饱 和 15 20 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）。 5 实验步骤

5.1 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，将漏斗置于试管架并使玻璃漏斗的下端与平板玻璃的垂直距离保持在2.0cm左右（如图1所示）。

图1 沙粒休止角测定装置示意图

5.2 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。

5.3 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。

5.4 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。

5.5 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。

6 数据整理与分析

6.1 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。

6.2 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。

7 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。