脆性黄土的微观机制休止角及其与坡角的关系

土壤颗粒的休止角对边坡稳定性起着关键作用。有必要研究黄土颗粒的休止角与坡度之间的关系。进行了不同粒径的固定漏斗法。根据振动堆积试验得到颗粒重力重量压力。提出了黄土颗粒的四种接触结构：三棱锥接触结构（TS）、四棱锥接触结构（RS）、五棱锥接触结构（PS）和六角锥接触结构（HS）。颗粒依次转变为四种接触结构。讨论了不同堆积区域粒子在堆积过程中熵值的变换。建立了自然休止角与接触结构演化之间的关系。结合已有的黄土颗粒在四种稳定状态下依次转变的实验结论，解释了1936年Shields提出的均匀砂颗粒摩擦角为33°的原因。黄土休止角的形成理论得到了很好的推广，可以推测黄土斜坡系统的形成过程。经证实，黄土坡主要分布在30°以下。(From Goolge Translate)

本文从粒子的角度提出了脆性沉积物堆积直至产生休止角的原理。将该原理推广到黄土边坡，从新的角度建立了微观颗粒结构稳定性与宏观边坡稳定性之间的关系。这种方法可以帮助读者从粒子的角度理解堆积体的形成过程。它还可以将堆积体和斜坡这两个尺度变化较大的物体连接起来。有助于读者理解边坡只是一个大堆积体，边坡的稳定性与小堆积体一样受底角控制。本文的结论如下：1）根据静态粒子在不同位置所受重力压力的不同，提出了三角锥接触结构（TS）、矩形锥接触结构（RS）、五角锥接触结构四种接触模型。建立了接触结构（PS）和六边形接触结构（HS），并提出了这四种接触模型的转换原理。从力学角度对四种接触模型的稳定性进行了比较。事实证明，从TS到HS的过程是一个逐渐稳定的过程。2)采用改进的固定漏斗法对不同粒径的颗粒进行测试。揭示了颗粒在堆积过程中存在四种接触结构，直接证明了不同粒径条件下接触模型的普适性。根据测试结果，砂体休止角的分布范围为32°~38°。它解释了希尔兹关于均匀沙粒摩擦角为33°的结论。3）堆放试验中施加竖向振动荷载，加强质点重力压力对边坡的作用，更符合实际情况。由此，堆积体的安息角与倾斜角之间的关系成立。因此推测倾斜角度的分布范围小于30°。结合现场调查数据，证明了这一关系的合理性。通过甘肃省定西至天水线和山西省蓟县集昌镇边坡两个工程实例验证了该假设的可靠性。