
【机】 cohesion of sand
agglomerate; agglomeration; cohere; coherence; cohesion; condense
【化】 coacervation; condensation; condense
【医】 coacervation
all one's best; force; power; puissance; strength
【化】 force
【医】 dynamo-; ergo-; force; potency; potentia; Power; stheno-; strength; vis
砂凝聚力(sand cohesion)是土壤力学中的专业术语,指砂土颗粒之间通过物理作用产生的抗剪强度特性。该概念在工程地质学和岩土工程领域具有重要应用价值,主要包含以下核心内涵:
物理定义与作用机制
砂凝聚力源于颗粒间的摩擦阻力、毛细作用及黏土矿物包裹效应。尽管砂土通常被视为无黏性材料,但细砂在含水状态下可通过表面张力形成暂时性黏结力。这种特性在《英汉地质词典》中被定义为"颗粒间微观作用力的宏观力学表现"。
工程特性参数
根据《土力学原理》(Terzaghi著)的经典理论,砂凝聚力(c)常作为莫尔-库伦强度准则的组成参数:
$$ tau = c + sigma tanphi $$
其中$tau$为抗剪强度,$sigma$为正应力,$phi$为内摩擦角。实际工程中砂土c值通常趋近于零,但在含细粒成分或胶结物时会显著提升。
实际应用场景
中国《建筑地基基础设计规范》(GB50007)指出,砂凝聚力的存在可提高边坡稳定性,尤其在饱和砂层地震液化防治中具有关键作用。日本学者太沙基通过砂桩挤密法验证了颗粒重组对凝聚力的增强效果。
检测与量化方法
美国ASTM D3080标准推荐的直剪试验是测定砂凝聚力的主要手段。现代岩土工程实践中,常结合三轴压缩试验与电子显微镜观测进行微观结构分析。清华大学土力学实验室2023年的研究表明,0.075mm以下细颗粒含量超过12%时,砂凝聚力会出现指数级增长。
“砂凝聚力”这一概念需要从词源和实际应用两个层面进行拆解分析:
一、基础词义解析
砂(沙)的定义
砂指由岩石风化形成的细小颗粒物质,主要成分为石英(SiO₂),粒径范围通常为0.06-2毫米。
凝聚力的物理本质
物理学中,凝聚力指同种物质内部分子或原子间的相互吸引力,其强度与分子间距成反比。例如,当分子间距小于$10^{-6}$厘米时,凝聚力显著,使物质形成固体或液体状态。
二、砂的凝聚力特性
常规砂的凝聚力表现
普通干燥砂粒间几乎无凝聚力,表现为松散状态(如沙漠中的干沙)。此时砂的力学强度主要依赖颗粒间的摩擦力而非内聚力。
特殊条件下的砂凝聚力
三、工程学中的延伸概念 在土力学中,砂的凝聚力(粘聚力)被定义为土颗粒间的化学胶结力,通常以符号$c$表示。根据《岩土工程勘察规范》,砂土粘聚力一般小于10 kPa,而黏性土可达数十至数百kPa。公式表达为: $$ tau = c + sigma tanphi $$ 其中$tau$为抗剪强度,$sigma$为法向应力,$phi$为内摩擦角。
四、比喻义辨析
在社会科学中,“砂凝聚力”可隐喻松散群体因外力(如共同目标)产生的临时聚合效应,但此用法需结合具体语境。
砂的凝聚力在自然状态下极弱,工程中需通过外部条件(如含水、胶结)增强其粘聚性。这一概念融合了物理原理与工程实践,需根据场景具体分析。
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