岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (4): 957-968.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0824

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

组构对自然休止角影响的试验研究

戴北冰1,李天齐1,杨峻2,刘锋涛3   

  1. 1. 中山大学 土木工程学院,广东 广州 510275;2. 香港大学 土木系,香港;3. 桂林理工大学 土木与建筑工程学院,广西 桂林 541004
  • 收稿日期:2021-06-02 修回日期:2021-09-24 出版日期:2022-04-15 发布日期:2022-04-15
  • 作者简介:戴北冰,男,1981年生,博士,副教授,主要从事岩土力学与工程方面的教学与科研工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 52078507);广州市科技计划项目(No. 201707010082,No. 202002030195);珠海市科技计划项目(No. ZH22036204200009PWC)。

An experimental investigation of the fabric effect on angle of repose

DAI Bei-bing1, LI Tian-qi1, YANG Jun2, LIU Feng-tao3   

  1. 1. School of Civil Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou, Guangdong 510275, China; 2. Department of Civil Engineering, The University of Hong Kong, Hong Kong, China; 3. College of Civil Engineering and Architecture, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541004, China
  • Received:2021-06-02 Revised:2021-09-24 Online:2022-04-15 Published:2022-04-15
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52078507), the Science and Technology Program of Guangzhou City (201707010082, 202002030195) and the Science and Technology Program of Zhuhai City (ZH22036204200009PWC).

摘要: 利用自制的模型试验装置,通过在不同方位沉积散体颗粒生成堆积体,研究不同沉积组构特征对自然休止角的影响,以及通过在母堆积体底部设置漏孔以生成子堆积体,研究堆积体内部结构对自然休止角的影响。研究发现,母堆积体休止角? 和子堆积体休止角? 随着沉积面倾角? 的增大(0° → 90°)呈现先减小后增大的趋势,子堆积体休止角? 则先增大后减小,且最小和最大值的分布区间正好互余,分别为? = 30°~45°和? = 45°~60°。当漏孔位置从左至右靠近母堆坡脚时,? 先增大后减小,? 则单调增大。基于模型的分析和推导,发现当沉积面与潜在滑动面越接近平行,休止角越小,越偏离,休止角则越大,并从细观上合理解释了?、? 和? 在特殊角度区间出现最大或最小值的原因。最后,提出了散粒堆积体的扰动分区模型,并以此为基础阐释了漏孔位置(堆积体内部结构)对休止角? 和? 的影响机制。

关键词: 模型试验, 散粒堆积体, 自然休止角, 组构, 沉积面, 内部结构

Abstract: Physical model tests have been carried out in this study, to investigate the effect of fabric on angle of repose in granular piles. On the one hand, particles are deposited at various directions when constructing granular piles, to create different fabric characteristics; on the other hand, several leakage holes are set at the bottom of original (mother) granular piles to construct sub-piles (children piles) such that the effect of internal structures of mother pile on angle of repose can be examined. The results show that the angles of repose, ? and ?, for the mother and children piles, respectively, decrease at first and then increase as the orientation angle ? of deposition plane varies from 0° to 90°, whereas the angle of repose ? ?shows an reverse variation trend. Note that the angle regions, where the minimum ? (or ?) and maximum ? occur, are complementary, respectively being ? = 30° ?45° and ? = 45° ? 60°. The analysis of the basis of a conceptual model leads to the finding that the more the deposition plane orientation approximates to the orientation of potential slipping surface, the smaller the angle of repose is, and the more the deposition plane orientation deviates, the larger the angle of repose is. The fundamentals underlying the observation that ?, ?, and ? have their maximum or minimum values at special angle regions, are clarified. At last, a disturbance zonal model is proposed to account for the mechanism how the position of leakage holes (i.e. internal structure in mother piles) affects the angles of repose ? and ?.

Key words: physical model test, granular piles, angle of repose, fabric, deposition plane, internal structure

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