无粘性土天然坡角试验

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。

（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。 2100433B

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。

无粘性土坡即是由粗颗粒土所堆筑的土坡。相对而言，无粘性土坡的稳定性分析比较简单，可以分为下面二种情况进行讨论。

一、均质的干坡和水下坡均质的干坡系指由一种土组成，完全在水位以上的无粘性土坡。水下土坡亦是由一种土组成，但完全在水位以下，没有渗透水流作用的无粘性土坡。在上述二种情况下，只要土坡坡面上的土颗粒在重力作用下能够保持稳定，那么，整个土坡就是稳定的。

在无粘性土坡表面取一小块土体来进行分析(右图)，设该小块土体的重量为W，其法向分力N=Wcos，切向分力T=Wsin。法向分力产生摩擦阻力，阻止土体下滑，称为抗滑力，其值为R=N·tg=Wcos·tg。切向分力T是促使小土体下滑的滑动力。则土体的稳定安全系数F_s为：

式中：

φ——土的内摩擦角(°)；

α——土坡坡角(°)。

由上式可见，当α=φ时，F_s=1，即其抗滑力等于滑动力，土坡处于极限平衡状态，此时的α就称为天然休止角。当α<φ时，土坡就是稳定的。为了使土坡具有足够的安全储备，一般取F_s=1.1～1.5。

二、有渗透水流的均质土坡

当边坡的内、外出现水位差时，例如基坑排水、坡外水位下降时，在挡水土堤内形成渗流场，如果浸润线在下游坡面逸出，这时，在浸润线以下，下游坡内的土体除了受到重力作用外，还受到由于水的渗流而产生的渗透力作用，因而使下游边坡的稳定性降低。

渗流力可用绘流网的方法求得。作法是先绘制流网，求滑弧范围内每一流网网格的平均水力梯度i，从而求得作用在网格上的渗透(流)力：

式中：

γ_w——水的重度；

A_i——网格的面积。

求出每一个网格上的渗透力J_i后，便可求得滑弧范围内渗透力的合力T_J。将此力作为滑弧范围内的外力(滑动力)进行计算，在滑动力矩中增加一项：

式中：l_J——T_J距圆心的距离。

如果水流方向与水平面呈夹角θ，则沿水流方向的渗透力j=γ_wi。在坡面上取土体V中的土骨架为隔离体，其有效的重量为γ'V。分析这块土骨架的稳定性，作用在土骨架上的渗透力为J=jV=γ_wiV。因此，沿坡面的全部滑动力，包括重力和渗透力为：

T=γ’Vsinα γ_wiVcos（α-θ）

坡面的正压力为：

N=γ’Vcosα γ_wiVsin（α-θ）

则土体沿坡面滑动的稳定安全系数：

式中：

i——渗透坡降；

γ‘——土的浮重度；

γ_w——水的重度；

φ——土的内摩擦角。

若水流在逸出段顺着坡面流动，即θ=α。这时，流经路途ds的水头损失为dh，所以，有

将其代入稳定安全系数公式，得：

由此可见，当逸出段为顺坡渗流时，土坡稳定安全系数降低γ’/γ_sat。因此，要保持同样的安全度，有渗流逸出时的坡角比没有渗流逸出时要平缓得多。为了使土坡的设计既经济又合理，在实际工程中，一般要在下游坝址处设置排水棱体，使渗透水流不直接从下游坡面逸出(右图)。这时的下游坡面虽然没有浸润线逸出，但是，在下游坡内，浸润线以下的土体仍然受到渗透力的作用。这种渗透力是一种滑动力，它将降低从浸润线以下通过的滑动面的稳定性。这时深层滑动面(如图中虚线表示)的稳定性可能比下游坡面的稳定性差，即危险的滑动面向深层发展。这种情况下，除了要按前述方法验算坡面的稳定性外，还应该用圆弧滑动法验算深层滑动的可能性。

爬坡度角

实际应用：

1. 汽车的爬坡角度，指汽车能上坡的极限坡度。通常以此衡量汽车的爬坡性能。计算如下：汽车在平路上的爬坡角度为零，而从平路到坡顶的爬坡角度即为坡顶的高度与斜坡路段在水平上投影的反正切值。

2. 曲线段的爬坡角度，指这段曲线上某一点在水平方向的投影与垂直高度的反正切值。

没想到SUV爬坡角度还不如轿车

最近搜出来一个很打脸的事情，不少SUV它这个爬坡能力还不如轿车。不是说SUV越野运动什么的，打脸有点厉害。这个汽车最大的爬坡度，它其实不是我们理解中的这个倾斜角度，而是说是个比值。

横坡角，磁浮交通轨道梁顶面与水平面之间的夹角。单位为度。往线路里程增加方向看,右转为正,左转为负。在曲线地段为消除或减少磁浮列车通过时产生的自由侧向加速度,设置轨道梁横坡(轨道外侧设置超高),以保证列车运行安全和旅客舒适度。