[科普中國(guó)]-無(wú)粘性土天然坡角試驗(yàn)

天然坡角是無(wú)粘性土堆積時(shí)其天然坡面與水平面所成的最大傾角，其數(shù)值接近于疏松土樣的內(nèi)摩擦角。對(duì)于粒徑較大的砂礫料，若無(wú)適宜的儀器測(cè)定其摩擦角時(shí)，通過(guò)天然坡角試驗(yàn)可大致確定其摩擦角。

天然坡角即天然休止角。松散的無(wú)粘性土堆積時(shí)能夠保持穩(wěn)定的最大坡角（從水平面起量）。天然休止角略小于滑坡開(kāi)始滑動(dòng)的滑動(dòng)角，而且比同一物質(zhì)的內(nèi)摩擦角約小5°～10°。天然休止角在自然斜坡上的角度常為33°～37°，其小于30°或大于39°者甚少。角度的大小取決于土壤的摩擦特性，隨著土壤顆粒粒度的增大和棱角度的增高，天然休止角也微有增大的趨勢(shì)。1

試驗(yàn)方法測(cè)定砂土天然坡角的方法很多，常見(jiàn)的有以下幾種：

（1）圓盤法

此法是通過(guò)提起盛滿試樣的圓盤，以圓盤上堆積坡面所保持的最大傾角作為天然坡角。通常用天然坡角測(cè)定儀進(jìn)行。操作方法簡(jiǎn)便，結(jié)果比較穩(wěn)定，而且也近于天然的堆積情況。

（2）抽板法

將砂樣分隔于方箱之一側(cè)，提起中間隔板，任砂體塌滑成一自然坡面，以此坡面與水平面所成的夾角作為天然坡角。此法在提起隔板時(shí)，無(wú)法避免沖力的影響，使砂體堆成較平的坡角，因而使所得數(shù)值偏小。此外，由于提起隔板的速度不同，槽壁摩擦等因素的影響，使結(jié)果不夠穩(wěn)定。

（3）傾倒法

先將長(zhǎng)方形槽翻轉(zhuǎn)45°，裝好試樣，并拂平其土面后慢慢地放回原位，當(dāng)土?；瑒?dòng)停止后，其坡面的最大傾角即天然坡角。此法也較簡(jiǎn)單。但是它的試驗(yàn)結(jié)果與操作的細(xì)致程度有關(guān)，易使結(jié)果不夠穩(wěn)定。當(dāng)進(jìn)行水下測(cè)定時(shí)，因水的動(dòng)力的影響，將會(huì)得到偏小的結(jié)果。

其他尚有堆積法、半錐法、活頁(yè)抽板法等。

在上述幾種方法中，圓盤法是國(guó)內(nèi)各試驗(yàn)室較通用的方法，操作簡(jiǎn)便，經(jīng)驗(yàn)較多，結(jié)果比較穩(wěn)定。1

試樣狀態(tài)當(dāng)用不同含水狀態(tài)的試樣進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，所得資料結(jié)果是不一樣的，這是因?yàn)樵嚇邮苊芰Φ淖饔枚a(chǎn)生假凝聚力，因而得到的坡角比在干燥或水下?tīng)顟B(tài)的坡角都大。因此天然坡角通常用風(fēng)干或烘干的試樣來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，或者進(jìn)行水下的試驗(yàn)。

照顧到工作上的方便和考慮在實(shí)際條件下沒(méi)有絕對(duì)干燥的土樣，為了減少假凝聚力對(duì)結(jié)果的影響，因此規(guī)程中規(guī)定應(yīng)選用充分風(fēng)干的試樣。2

注意問(wèn)題說(shuō)明（1）圓盤直徑與試樣直徑的關(guān)系

圓盤直徑愈大，測(cè)得結(jié)果愈準(zhǔn)確。為了保證試驗(yàn)成果的準(zhǔn)確，圓盤直徑的下限應(yīng)視試樣粒徑的上限而定。國(guó)內(nèi)通用圓盤直徑為10cm的天然坡角測(cè)定儀，規(guī)定適用子粒徑小于2mm的無(wú)凝聚性土?？墒橇酱笥?mm的凝聚性土在水利工程上遇到較多，因此在規(guī)程中規(guī)定一種圓盤直徑為20cm的天然坡角測(cè)定儀，用以測(cè)定粒徑小于5mm的無(wú)凝聚性土的天然坡角。若遇到含粒徑大于5mm的無(wú)凝聚性土，建議在工地以堆積法進(jìn)行測(cè)定。

（2）傾倒試樣問(wèn)題

根據(jù)以往資料，圓盤在傾倒試樣時(shí)，圓盤底下有底盤與否，對(duì)測(cè)得試驗(yàn)成果影響較大，一般相差可達(dá)5°～6°。

所謂有底盤，即將圓盤降到底盤中間，沿鐵桿四周傾入試樣直到圓盤和鐵桿的刻度完全被試樣埋沒(méi)為止，然后慢慢提起。這種方法由于受底盤之限制，使圓盤四周堆積的試樣很多，故在試樣自重作用的影響下，使靠近圓盤試樣的密度比在松散狀態(tài)蹦要大，所以測(cè)得天然坡角往往偏高。所謂無(wú)底盤，即將圓盤降到一個(gè)水平面上，沿鐵桿四周傾人試樣，待試樣剛剛蓋滿圓盤后即徐徐提起，這樣可克服有底盤的缺點(diǎn)，但在試驗(yàn)過(guò)程中清理試樣時(shí)有些不方便。

（3）水下天然坡角測(cè)定問(wèn)題

用圓盤法測(cè)定水下坡角時(shí)，傾倒試樣方法約有兩種：一種是先將圓盤放入注滿清水的水槽內(nèi)，將試樣從水面上徐徐倒入圓盤上，待堆滿后慢慢提起，測(cè)記其天然坡角。這種方法很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果，因?yàn)樯巴脸：幸徊糠治⑿〉念w粒，傾倒時(shí)由于浮力及水動(dòng)力的作用，將漂浮在水中，經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間才能沉到槽底，致使試樣的級(jí)配發(fā)生改變。另一種是先將干燥狀態(tài)的試樣堆成一錐體后，再沉入注滿清水的水槽里，然后慢慢提出，測(cè)記其天然坡角。這種方法可克服前一種方法的缺點(diǎn)。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

宋春霖 - 副教授 - 江南大學(xué)