不同粒径沙粒休止角测定
1 实验目的
HkgmZw, 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。
~Z ,bd$ 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
>%v w(pt 沙粒的休止角大小受三方面影响:
!kzC1U 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。
q '6gj 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。
zP[_ccW@ 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。
A(!nT=0o 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。
d~lB4 表3.1 几种岩石碎块的休止角(度)
u!iBAr5 表3.2 几种含水量不同泥砂的休止角(度)
?52{s"N0> 3 实验用具
?2#!63[Kg 厚度为3.0~5.0mm、面积为50×50cm的平板玻璃1块;
$-Ud&sjn 分析化学用普通滴定试管架1个;
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(:7q4 玻璃漏斗1个;
?zypF 5a 500ml量筒1个;
^iWcuh_n 1000ml烧杯1个;
~S5wfx& 2.0m钢卷尺1个;
;H%&Jht 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
)+'De 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。
j\,HquTR 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。
2!6+>nvO 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。
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q0#+k ) 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
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图3.1 沙粒休止角测定装置示意图
)p,uZ`~v 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。
+3@d]JfMh 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。
xjm|ewo 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。
bu;3Ib3\ 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。
P>*g'OK^!G 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
%SWtE5HZQq 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。
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2cI=Qf 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。
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