無粘性土天然坡角試驗(yàn)

當(dāng)用不同含水狀態(tài)的試樣進(jìn)行試驗(yàn)時，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狀態(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)際條件下沒有絕對干燥的土樣，為了減少假凝聚力對結(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。

（1）圓盤直徑與試樣直徑的關(guān)系

圓盤直徑愈大，測得結(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。國內(nèi)通用圓盤直徑為10cm的天然坡角測定儀，規(guī)定適用子粒徑小于2mm的無凝聚性土?？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的天然坡角測定儀，用以測定粒徑小于5mm的無凝聚性土的天然坡角。若遇到含粒徑大于5mm的無凝聚性土，建議在工地以堆積法進(jìn)行測定。

（2）傾倒試樣問題

根據(jù)以往資料，圓盤在傾倒試樣時，圓盤底下有底盤與否，對測得試驗(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，所以測得天然坡角往往偏高。所謂無底盤，即將圓盤降到一個水平面上，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)過程中清理試樣時有些不方便。

（3）水下天然坡角測定問題

用圓盤法測定水下坡角時，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，傾倒時由于浮力及水動力的作用，將漂浮在水中，經(jīng)較長時間才能沉到槽底，致使試樣的級配發(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，測記其天然坡角。這種方法可克服前一種方法的缺點(diǎn)。 2100433B

測定砂土天然坡角的方法很多，常見的有以下幾種：

（1）圓盤法

此法是通過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。通常用天然坡角測定儀進(jìn)行。操作方法簡便，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，無法避免沖力的影響，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?；瑒油Ｖ购?，其坡面的最大傾角即天然坡角。此法也較簡單。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)行水下測定時，因水的動力的影響，將會得到偏小的結(jié)果。

其他尚有堆積法、半錐法、活頁抽板法等。

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

無粘性土坡即是由粗顆粒土所堆筑的土坡。相對而言，無粘性土坡的穩(wěn)定性分析比較簡單，可以分為下面二種情況進(jìn)行討論。

一、均質(zhì)的干坡和水下坡均質(zhì)的干坡系指由一種土組成，完全在水位以上的無粘性土坡。水下土坡亦是由一種土組成，但完全在水位以下，沒有滲透水流作用的無粘性土坡。在上述二種情況下，只要土坡坡面上的土顆粒在重力作用下能夠保持穩(wěn)定，那么，整個土坡就是穩(wěn)定的。

在無粘性土坡表面取一小塊土體來進(jìn)行分析(右圖)，設(shè)該小塊土體的重量為W，其法向分力N=Wcos，切向分力T=Wsin。法向分力產(chǎn)生摩擦阻力，阻止土體下滑，稱為抗滑力，其值為R=N·tg=Wcos·tg。切向分力T是促使小土體下滑的滑動力。則土體的穩(wěn)定安全系數(shù)F_s為：

式中：

φ——土的內(nèi)摩擦角(°)；

α——土坡坡角(°)。

由上式可見，當(dāng)α=φ時，F_s=1，即其抗滑力等于滑動力，土坡處于極限平衡狀態(tài)，此時的α就稱為天然休止角。當(dāng)α<φ時，土坡就是穩(wěn)定的。為了使土坡具有足夠的安全儲備，一般取F_s=1.1～1.5。

二、有滲透水流的均質(zhì)土坡

當(dāng)邊坡的內(nèi)、外出現(xiàn)水位差時，例如基坑排水、坡外水位下降時，在擋水土堤內(nèi)形成滲流場，如果浸潤線在下游坡面逸出，這時，在浸潤線以下，下游坡內(nèi)的土體除了受到重力作用外，還受到由于水的滲流而產(chǎn)生的滲透力作用，因而使下游邊坡的穩(wěn)定性降低。

滲流力可用繪流網(wǎng)的方法求得。作法是先繪制流網(wǎng)，求滑弧范圍內(nèi)每一流網(wǎng)網(wǎng)格的平均水力梯度i，從而求得作用在網(wǎng)格上的滲透(流)力：

式中：

γ_w——水的重度；

A_i——網(wǎng)格的面積。

求出每一個網(wǎng)格上的滲透力J_i后，便可求得滑弧范圍內(nèi)滲透力的合力T_J。將此力作為滑弧范圍內(nèi)的外力(滑動力)進(jìn)行計(jì)算，在滑動力矩中增加一項(xiàng)：

式中：l_J——T_J距圓心的距離。

如果水流方向與水平面呈夾角θ，則沿水流方向的滲透力j=γ_wi。在坡面上取土體V中的土骨架為隔離體，其有效的重量為γ'V。分析這塊土骨架的穩(wěn)定性，作用在土骨架上的滲透力為J=jV=γ_wiV。因此，沿坡面的全部滑動力，包括重力和滲透力為：

T=γ’Vsinα γ_wiVcos（α-θ）

坡面的正壓力為：

N=γ’Vcosα γ_wiVsin（α-θ）

則土體沿坡面滑動的穩(wěn)定安全系數(shù)：

式中：

i——滲透坡降；

γ‘——土的浮重度；

γ_w——水的重度；

φ——土的內(nèi)摩擦角。

若水流在逸出段順著坡面流動，即θ=α。這時，流經(jīng)路途ds的水頭損失為dh，所以，有

將其代入穩(wěn)定安全系數(shù)公式，得：

由此可見，當(dāng)逸出段為順坡滲流時，土坡穩(wěn)定安全系數(shù)降低γ’/γ_sat。因此，要保持同樣的安全度，有滲流逸出時的坡角比沒有滲流逸出時要平緩得多。為了使土坡的設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又合理，在實(shí)際工程中，一般要在下游壩址處設(shè)置排水棱體，使?jié)B透水流不直接從下游坡面逸出(右圖)。這時的下游坡面雖然沒有浸潤線逸出，但是，在下游坡內(nèi)，浸潤線以下的土體仍然受到滲透力的作用。這種滲透力是一種滑動力，它將降低從浸潤線以下通過的滑動面的穩(wěn)定性。這時深層滑動面(如圖中虛線表示)的穩(wěn)定性可能比下游坡面的穩(wěn)定性差，即危險的滑動面向深層發(fā)展。這種情況下，除了要按前述方法驗(yàn)算坡面的穩(wěn)定性外，還應(yīng)該用圓弧滑動法驗(yàn)算深層滑動的可能性。

爬坡度角

實(shí)際應(yīng)用：

1. 汽車的爬坡角度，指汽車能上坡的極限坡度。通常以此衡量汽車的爬坡性能。計(jì)算如下：汽車在平路上的爬坡角度為零，而從平路到坡頂?shù)呐榔陆嵌燃礊槠马數(shù)母叨扰c斜坡路段在水平上投影的反正切值。

2. 曲線段的爬坡角度，指這段曲線上某一點(diǎn)在水平方向的投影與垂直高度的反正切值。

沒想到SUV爬坡角度還不如轎車

最近搜出來一個很打臉的事情，不少SUV它這個爬坡能力還不如轎車。不是說SUV越野運(yùn)動什么的，打臉有點(diǎn)厲害。這個汽車最大的爬坡度，它其實(shí)不是我們理解中的這個傾斜角度，而是說是個比值。

橫坡角，磁浮交通軌道梁頂面與水平面之間的夾角。單位為度。往線路里程增加方向看,右轉(zhuǎn)為正,左轉(zhuǎn)為負(fù)。在曲線地段為消除或減少磁浮列車通過時產(chǎn)生的自由側(cè)向加速度,設(shè)置軌道梁橫坡(軌道外側(cè)設(shè)置超高),以保證列車運(yùn)行安全和旅客舒適度。