[科普中国]-无粘性土天然坡角试验

天然坡角是无粘性土堆积时其天然坡面与水平面所成的最大倾角，其数值接近于疏松土样的内摩擦角。对于粒径较大的砂砾料，若无适宜的仪器测定其摩擦角时，通过天然坡角试验可大致确定其摩擦角。

天然坡角即天然休止角。松散的无粘性土堆积时能够保持稳定的最大坡角（从水平面起量）。天然休止角略小于滑坡开始滑动的滑动角，而且比同一物质的内摩擦角约小5°～10°。天然休止角在自然斜坡上的角度常为33°～37°，其小于30°或大于39°者甚少。角度的大小取决于土壤的摩擦特性，随着土壤颗粒粒度的增大和棱角度的增高，天然休止角也微有增大的趋势。1

试验方法测定砂土天然坡角的方法很多，常见的有以下几种：

（1）圆盘法

此法是通过提起盛满试样的圆盘，以圆盘上堆积坡面所保持的最大倾角作为天然坡角。通常用天然坡角测定仪进行。操作方法简便，结果比较稳定，而且也近于天然的堆积情况。

（2）抽板法

将砂样分隔于方箱之一侧，提起中间隔板，任砂体塌滑成一自然坡面，以此坡面与水平面所成的夹角作为天然坡角。此法在提起隔板时，无法避免冲力的影响，使砂体堆成较平的坡角，因而使所得数值偏小。此外，由于提起隔板的速度不同，槽壁摩擦等因素的影响，使结果不够稳定。

（3）倾倒法

先将长方形槽翻转45°，装好试样，并拂平其土面后慢慢地放回原位，当土粒滑动停止后，其坡面的最大倾角即天然坡角。此法也较简单。但是它的试验结果与操作的细致程度有关，易使结果不够稳定。当进行水下测定时，因水的动力的影响，将会得到偏小的结果。

其他尚有堆积法、半锥法、活页抽板法等。

在上述几种方法中，圆盘法是国内各试验室较通用的方法，操作简便，经验较多，结果比较稳定。1

试样状态当用不同含水状态的试样进行试验时，所得资料结果是不一样的，这是因为试样受毛管力的作用而产生假凝聚力，因而得到的坡角比在干燥或水下状态的坡角都大。因此天然坡角通常用风干或烘干的试样来进行试验，或者进行水下的试验。

照顾到工作上的方便和考虑在实际条件下没有绝对干燥的土样，为了减少假凝聚力对结果的影响，因此规程中规定应选用充分风干的试样。2

注意问题说明（1）圆盘直径与试样直径的关系

圆盘直径愈大，测得结果愈准确。为了保证试验成果的准确，圆盘直径的下限应视试样粒径的上限而定。国内通用圆盘直径为10cm的天然坡角测定仪，规定适用子粒径小于2mm的无凝聚性土。可是粒径大于2mm的凝聚性土在水利工程上遇到较多，因此在规程中规定一种圆盘直径为20cm的天然坡角测定仪，用以测定粒径小于5mm的无凝聚性土的天然坡角。若遇到含粒径大于5mm的无凝聚性土，建议在工地以堆积法进行测定。

（2）倾倒试样问题

根据以往资料，圆盘在倾倒试样时，圆盘底下有底盘与否，对测得试验成果影响较大，一般相差可达5°～6°。

所谓有底盘，即将圆盘降到底盘中间，沿铁杆四周倾入试样直到圆盘和铁杆的刻度完全被试样埋没为止，然后慢慢提起。这种方法由于受底盘之限制，使圆盘四周堆积的试样很多，故在试样自重作用的影响下，使靠近圆盘试样的密度比在松散状态蹦要大，所以测得天然坡角往往偏高。所谓无底盘，即将圆盘降到一个水平面上，沿铁杆四周倾人试样，待试样刚刚盖满圆盘后即徐徐提起，这样可克服有底盘的缺点，但在试验过程中清理试样时有些不方便。

（3）水下天然坡角测定问题

用圆盘法测定水下坡角时，倾倒试样方法约有两种：一种是先将圆盘放入注满清水的水槽内，将试样从水面上徐徐倒入圆盘上，待堆满后慢慢提起，测记其天然坡角。这种方法很难得到准确的结果，因为砂土常含有一部分微小的颗粒，倾倒时由于浮力及水动力的作用，将漂浮在水中，经较长时间才能沉到槽底，致使试样的级配发生改变。另一种是先将干燥状态的试样堆成一锥体后，再沉入注满清水的水槽里，然后慢慢提出，测记其天然坡角。这种方法可克服前一种方法的缺点。1

本词条内容贡献者为:

宋春霖 - 副教授 - 江南大学