
【機】 cohesion of sand
agglomerate; agglomeration; cohere; coherence; cohesion; condense
【化】 coacervation; condensation; condense
【醫】 coacervation
all one's best; force; power; puissance; strength
【化】 force
【醫】 dynamo-; ergo-; force; potency; potentia; Power; stheno-; strength; vis
砂凝聚力(sand cohesion)是土壤力學中的專業術語,指砂土顆粒之間通過物理作用産生的抗剪強度特性。該概念在工程地質學和岩土工程領域具有重要應用價值,主要包含以下核心内涵:
物理定義與作用機制
砂凝聚力源于顆粒間的摩擦阻力、毛細作用及黏土礦物包裹效應。盡管砂土通常被視為無黏性材料,但細砂在含水狀态下可通過表面張力形成暫時性黏結力。這種特性在《英漢地質詞典》中被定義為"顆粒間微觀作用力的宏觀力學表現"。
工程特性參數
根據《土力學原理》(Terzaghi著)的經典理論,砂凝聚力(c)常作為莫爾-庫倫強度準則的組成參數:
$$ tau = c + sigma tanphi $$
其中$tau$為抗剪強度,$sigma$為正應力,$phi$為内摩擦角。實際工程中砂土c值通常趨近于零,但在含細粒成分或膠結物時會顯著提升。
實際應用場景
中國《建築地基基礎設計規範》(GB50007)指出,砂凝聚力的存在可提高邊坡穩定性,尤其在飽和砂層地震液化防治中具有關鍵作用。日本學者太沙基通過砂樁擠密法驗證了顆粒重組對凝聚力的增強效果。
檢測與量化方法
美國ASTM D3080标準推薦的直剪試驗是測定砂凝聚力的主要手段。現代岩土工程實踐中,常結合三軸壓縮試驗與電子顯微鏡觀測進行微觀結構分析。清華大學土力學實驗室2023年的研究表明,0.075mm以下細顆粒含量超過12%時,砂凝聚力會出現指數級增長。
“砂凝聚力”這一概念需要從詞源和實際應用兩個層面進行拆解分析:
一、基礎詞義解析
砂(沙)的定義
砂指由岩石風化形成的細小顆粒物質,主要成分為石英(SiO₂),粒徑範圍通常為0.06-2毫米。
凝聚力的物理本質
物理學中,凝聚力指同種物質内部分子或原子間的相互吸引力,其強度與分子間距成反比。例如,當分子間距小于$10^{-6}$厘米時,凝聚力顯著,使物質形成固體或液體狀态。
二、砂的凝聚力特性
常規砂的凝聚力表現
普通幹燥砂粒間幾乎無凝聚力,表現為松散狀态(如沙漠中的幹沙)。此時砂的力學強度主要依賴顆粒間的摩擦力而非内聚力。
特殊條件下的砂凝聚力
三、工程學中的延伸概念 在土力學中,砂的凝聚力(粘聚力)被定義為土顆粒間的化學膠結力,通常以符號$c$表示。根據《岩土工程勘察規範》,砂土粘聚力一般小于10 kPa,而黏性土可達數十至數百kPa。公式表達為: $$ tau = c + sigma tanphi $$ 其中$tau$為抗剪強度,$sigma$為法向應力,$phi$為内摩擦角。
四、比喻義辨析
在社會科學中,“砂凝聚力”可隱喻松散群體因外力(如共同目标)産生的臨時聚合效應,但此用法需結合具體語境。
砂的凝聚力在自然狀态下極弱,工程中需通過外部條件(如含水、膠結)增強其粘聚性。這一概念融合了物理原理與工程實踐,需根據場景具體分析。
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