CN110006782A - 一种松散堆积物休止角测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种松散堆积物休止角测量装置及测量方法。所述松散堆积物休止角测量装置包括测试架；所述测试架包括竖直部和水平部，所述竖直部竖直设于水平部的一端，使竖直部和水平部整体呈L型结构；在竖直部和水平部之间倾斜设有第一斜板和第二斜板；所述第一斜板的一端与所述竖直部固定连接，另一端与所述第二斜板可拆卸连接，所述第二斜板的另一端与所述水平部固定连接；在所述竖直部与第一斜板的连接处水平设有一用于堆放松散堆积物的挡板。本发明能够使待测量的松散堆积物具有相同的初速度，避免了松散堆积物的削峰作用，从而使得测量的休止角准确，为松散堆积物的生产、运输和安全提供支持。

Description

一种松散堆积物休止角测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及物料参数测量领域，具体涉及一种松散堆积物休止角测量装置及测量方法。

背景技术

生产建设项目中会产生大量的松散堆积物，松散堆积物的休止角是反映堆积体宏观特性的一个重要参数。休止角指待测松散堆积物从一定高度落下形成圆锥体时，圆锥斜面与底面的夹角。松散堆积物的休止角与堆积物本身的性质密切相关。对松散堆积物休止角的研究对于研究松散堆积物的性质、生产、运输和安全使用等都具有重要的意义。

目前，对于休止角的测量的主要采用固定漏斗法，即将松散堆积物由漏斗落下，再使用量角器进行测量，得到粉体的休止角。其不足之处在于：由于松散堆积物的粒径不同，很难准确观察休止角的斜面位置，同时在使用量角器测量坡度时，很容易触碰待测松散堆积物，改变其休止角坡度，产生测量误差。

对于松散堆积物，在测量其休止角时，由于松散堆积体中存在细小的颗粒，当堆积到一定程度时，在重力或冲击力作用下，部分松散堆积物容易发生崩塌，松散堆积体颗粒间包裹的空气改变了其流动性，形成了比第二休止角小的第一休止角；在大粒径松散堆积物较多时，小颗粒的物质较少，松散堆积物中空气较多，出现了松散堆积体崩塌的斜边与底边的夹角第三休止角，如图1所示。从休止角的定义来说，实际测量的休止角应该是图1中的第二休止角，但由于实际测量时难以分辨，往往会将测量的第一休止角或第三休止角作为测量的休止角，从而出现测量不准确的情况。

因此，需要设计一种能够准确测量松散堆积物休止角的装置，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有的测量休止角时，由于松散堆积物下落重力较大或具有初速度，容易对已形成的堆积体顶部产生明显的削峰作用所导致测量结果精度低、人为误差大的问题，提供一种松散堆积物休止角测量装置，能够使待测量的松散堆积物具有相同的初速度，避免了松散堆积物的削峰作用，从而使得测量的休止角准确，为松散堆积物的生产、运输和安全提供支持。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：

一种松散堆积物休止角测量装置，包括测试架；所述测试架包括竖直部和水平部，所述竖直部竖直设于水平部的一端，使竖直部和水平部整体呈L型结构；在竖直部和水平部之间倾斜设有第一斜板和第二斜板；所述第一斜板的一端与所述竖直部固定连接，另一端与所述第二斜板可拆卸连接，所述第二斜板的另一端与所述水平部固定连接；在所述竖直部与第一斜板的连接处水平设有一用于堆放松散堆积物的挡板。

通过设置竖直部、水平部、第一斜板和第二斜板，使得待测的松散堆积物能够从第一斜板落下并堆积在第二斜板和第一斜板上，从而将休止角的测量转换为长度的测量，再通过计算得到待测松散物的休止角。相比传统的量角器测量，操作简便且测量更准确。在第一斜板的上端还设有挡板，将待测的松散堆积物堆积在挡板上后再抽离挡板，使得堆积在挡板上的松散堆积物能够自由下落(即初速度为0)，这样避免了传统方法测量休止角时，由于松散堆积物下落重力较大，对已形成的堆积体顶部产生明显的削峰作用，从而使得测量的结果精度高、人为误差小。

进一步，所述第一斜板的坡度为45°～70°，第二斜板的坡度为10°～15°。第一斜板与第二斜板的坡度可调，不管是自然界中存在的土壤、沙粒还是建筑项目产生的堆积物等，均能采用本发明提供的测量装置测量休止角，适用范围宽。

进一步，在第一斜板的两侧分别设有护板，使第一斜板和护板之间呈槽形结构，这样，能够使松散堆积物全部落下至第一斜板和第二斜板上，避免向外滑落。

进一步，所述护板上对称设有一组卡槽，所述第二斜板上设有与卡槽对应的卡接头，通过卡槽与卡接头的配合调整第二斜板的坡度；所述第一斜板与第二斜板之间卡接。

进一步，所述竖直部位于挡板上方处还设有刮板。这样当所述挡板抽出时，刮板能够刮掉跟随挡板一起运动的待测松散堆积物，这样，使测量的数据更加准确。

进一步，还包括筛选装置；所述筛选装置具有一筛板，该筛板的筛孔孔径为20cm。

进一步，所述筛选装置通过支架固定在所述竖直部的上端，并位于挡板的上方。

进一步，所述测试架的竖直部的高为2.12～3.00m，宽为1m；水平部长2.2～3m；第一斜板长2.32～4.00m。

本发明还提供一种松散堆积物休止角测量方法，包括所述的松散堆积物休止角测量装置，包括如下步骤：

1)根据待测松散堆积物调整第一斜板2与第二斜板3的角度，将松散堆积物放入筛选装置，剔除粒径＞20cm的松散堆积物，使粒径≤20cm的松散堆积物堆积在挡板上方；

2)取掉挡板，使堆积在挡板上方的松散堆积物自然下落；在沿斜坡下落过程中，堆积体在坡脚处的水平距离不再增加且在垂直方向堆积高度不再增加时，记为临界堆积状态；

3)临界堆积状态下，在堆积体的顶部取相对稳定点E，测量E点距离堆积体底面的高度H，以及E点在堆积体底面的投影与堆积体底面最远点之间的距离L，并通过计算该松散堆积物的休止角；

4)重复上述步骤1)～3)3～5次，并计算休止角的平均值，得到松散堆积物的休止角。

其中，所述相对稳定点是指堆积高度不再增加的点。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明提供的松散堆积物休止角测量装置，通过设置竖直部、水平部、第一斜板和第二斜板，使得待测的松散堆积物能够从第一斜板落下并堆积在第二斜板和第一斜板上，从而将休止角的测量转换为长度的测量，再通过计算得到待测松散物的休止角。相比传统的量角器测量，操作简便且测量更准确。在第一斜板的上端还设有挡板，将待测的松散堆积物堆积在挡板上后再抽离挡板，使得堆积在挡板上的松散堆积物能够自由下落(即初速度为0)，这样避免了传统方法测量休止角时，由于松散堆积物下落重力较大，对已形成的堆积体顶部产生明显的削峰作用，从而使得测量的结果精度高、人为误差小。。

2、本发明中的松散堆积物休止角测量装置简单，便于携带，而且制作简单，在户外也能很快制作用于测量，避免了传统测量装置不便携带、昂贵等缺点。即使在实地测量休止角时容易受自然环境和社会环境限制也能采用本装置测量休止角，弥补对于生产建设项目松散堆积物休止角测量方法的缺乏，为松散堆积物的生产、运输和安全提供支持。

3、由于第一斜板和第二斜板通过卡接槽和卡接头的配合实现可拆卸连接，因此，第一斜板的坡度范围为45°～70°，第二斜板的坡度范围为10°～15°。这样，不仅使得测量的范围更广，能够测量不同的松散堆积物的休止角。

4、本发明提供的松散堆积物休止角的测量方法直观简捷，重现性强。适用于松散堆积物粒径≤20cm的均匀颗粒与不匀均颗粒，相比传统的休止角测量方法只能测量小颗粒的休止角，本发明的适用范围更广，不仅能测量自然界中的松散堆积物，比如土壤等，也能测量生产建设项目松散堆积粒径较大的堆积物。

附图说明

图1为传统休止角测量方法示意图。

图2为本发明中松散堆积物休止角测量装置的立体图(挡板插入状态)。

图3为本发明中松散堆积物休止角测量装置的立体图(挡板抽出状态)。

图4为图3的俯视图。

图5为图4中A-A向视图。

图6为本发明中松散堆积物休止角测量方法的流程图。

图中，11-竖直部，12-水平部，2-第一斜板，3-第二斜板，4-挡板，5-护板，6-刮板。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图2-图5所示，一种松散堆积物休止角测量装置，包括测试架。所述测试架包括竖直部11和水平部12，所述竖直部11竖直设于水平部12的一端，使竖直部11和水平部12整体呈L型结构。在竖直部11和水平部12之间倾斜设有第一斜板2和第二斜板3；所述第一斜板2的一端与所述竖直部11固定连接，另一端与所述第二斜板3可拆卸连接，所述第二斜板3的另一端与所述水平部12固定连接。待测松散堆积物落下时，沿着第一斜板2下滑，便于测量。第二斜板3设置为缓坡段，能够更好地模拟松散堆积体的坡脚，使得测量数据更加准确。具体实施时，在第一斜板2的两侧分别设有护板5，使第一斜板2和护板5之间呈槽形结构，这样松散堆积物全部落下至第一斜板2和第二斜板3上，避免向外滑落。在所述护板5上对称设有一组卡槽，所述卡槽从下向上等距离，所述第二斜板3上设有与卡槽对应的卡接头，通过卡槽与卡接头的配合调整第二斜板3的坡度。所述卡接槽和卡接头为常规设置，只要能使第二斜板3固定在卡槽内即可，在此不做限制。所述第一斜板2与第二斜板3之间卡接。此处的卡接可以是卡槽和卡接头，也可以是其他卡接的方式，在此不做限制。将第一斜板2与第二斜板3之间固定，确保在测量时该装置能正常工作，不会坍塌导致测试失败。这样就能根据待测的松散堆积物的不同选择合适的坡度，提高测量精度。具体实施时，所述测试架的竖直部11的高为2.12～3.00m，宽为1m，水平部12长2.2～3m，第一斜板2长2.32～4.00m。所述第一斜板2的坡度为45°～70°，第二斜板3的坡度为10°～15°。不管是自然界中存在的土壤、沙粒还是建筑项目产生的堆积物等，均能采用本发明提供的测量装置测量休止角，适用范围宽。具体实施时，在第一斜板2的两侧分别设有护板5，这样，第一斜板2和护板5之间呈槽形结构，能够使松散堆积物全部落下至第一斜板2和第二斜板3上，避免向外滑落。

在所述竖直部11与第一斜板2的连接处水平设有一用于堆放松散堆积物的挡板4。所述竖直部11位于挡板4上方处还设有刮板6。所述刮板6整体呈凹字形结构，该刮板6与护板5之间形成容纳挡板4的容纳空间，使挡板4能完全插入到该容纳空间内。这样，挡板4插入后，即可在挡板4上堆积待测松散堆积物。所述挡板4抽出时，刮板6能够刮掉跟随挡板4一起运动的待测松散堆积物，这样，使测量的数据更加准确。

为了使测量的数据更准确，所述松散堆积物休止角测量装置还包括筛选装置，所述筛选装置具有一筛板，该筛板的筛孔孔径为20cm。具体实施时，所述筛选装置通过支架固定在所述竖直部11的上端，并位于挡板4的上方，这样，将松散堆积物粒径大于20cm的块石去除，留下粒径小于等于20cm的松散堆积物样品进行休止角的测量，提高测量精度。

通过设置竖直部11、水平部12、第一斜板2和第二斜板3，使得待测的松散堆积物能够从第一斜板2落下并堆积在第二斜板3和第一斜板2上，从而将休止角的测量转换为长度的测量，再通过计算得到待测松散物的休止角。相比传统的量角器测量，操作简便且测量更准确。在第一斜板2的上端还设有挡板4，将待测的松散堆积物堆积在挡板4上后再抽离挡板4，使得堆积在挡板4上的松散堆积物能够自由下落(即初速度为0)，这样避免了传统方法测量休止角时，由于松散堆积物下落重力较大，对已形成的堆积体顶部产生明显的削峰作用，从而使得测量的结果精度高、人为误差小。

使用上述松散堆积物休止角测量装置来测量松散堆积物休止角的方法具体为：

1)根据待测松散堆积物调整第一斜板2与第二斜板3的角度，将松散堆积物放入筛选装置，剔除粒径＞20cm的松散堆积物，使粒径≤20cm的松散堆积物堆积在挡板4上方；

2)取掉挡板4，使堆积在挡板4上方的松散堆积物自然下落；在沿斜坡下落过程中，堆积体在坡脚处的水平距离不再增加且在垂直方向堆积高度不再增加时，记为临界堆积状态；

3)临界堆积状态下，在堆积体的顶部取相对稳定点E(即堆积高度不再增加的点)，测量E点距离堆积体底面的高度H，以及E点在堆积体底面的投影与堆积体底面最远点之间的距离L，并通过计算该松散堆积物的休止角；

4)重复上述步骤1)～3)3～5次，并计算休止角的平均值，得到松散堆积物的休止角。

本发明提供的松散堆积物休止角的测量方法直观简捷，重现性强。适用于松散堆积物粒径≤20cm的均匀颗粒与不匀均颗粒，相比传统的休止角测量方法只能测量小颗粒的休止角，本发明的适用范围更广，不仅能测量自然界中的松散堆积物，比如土壤等，也能测量生产建设项目松散堆积粒径较大的堆积物。

本发明中的松散堆积物休止角测量方法与传统测量方法的对比如表1所示。

表1本发明中的松散堆积物休止角测量方法与传统测量方法

实施例：

如图2-图5所示，所述测试架的竖直部11的高为2.12m，宽为1m，水平部12长2.2m，第一斜板2长2.32m。参见图6，具体操作时，采用如下方法进行测量：

1)根据待测松散堆积物调整第一斜板2的坡度为70°，将松散堆积物放入筛选装置，剔除粒径＞20cm的松散堆积物，使粒径≤20cm的松散堆积物堆积在挡板4上方；

2)取掉挡板4，使堆积在挡板4上方的松散堆积物自然下落；在沿斜坡下落过程中，堆积体在坡脚处的水平距离不再增加且在垂直方向堆积高度不再增加时，记为临界堆积状态；

3)临界堆积状态下，在堆积体的顶部取相对稳定点E，测量E点距离堆积体底面的高度H，以及E点在堆积体底面的投影与堆积体底面最远点之间的距离L，并通过计算该松散堆积物的休止角；

4)重复上述步骤1)～3)3～5次，并计算休止角的平均值，得到松散堆积物的休止角。采用上述松散堆积物测量装置和测量方法对紫色土松散堆积物和黄壤松散堆积物进行休止角测量，结果如表2所示。

表2紫色土松散堆积物和黄壤松散堆积物的休止角、土石比及含水量

松散堆积物类型	休止角(°)	土石比	土壤含水量(％)
				紫色土松散堆积物	30.77	4:1	12.5
黄壤松散堆积物	29	3:2	5.1

通过设置竖直部11、水平部12、第一斜板2和第二斜板3，使得待测的松散堆积物能够从第一斜板2落下并堆积在第二斜板3和第一斜板2上，从而将休止角的测量转换为长度的测量，再通过计算得到待测松散物的休止角。相比传统的量角器测量，操作简便且测量更准确。在第一斜板2的上端还设有挡板4，将待测的松散堆积物堆积在挡板4上后再抽离挡板4，使得堆积在挡板4上的松散堆积物能够自由下落(即初速度为0)，这样避免了传统方法测量休止角时，由于松散堆积物下落重力较大，对已形成的堆积体顶部产生明显的削峰作用，从而使得测量的结果精度高、人为误差小。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种松散堆积物休止角测量装置，其特征在于，包括测试架；所述测试架包括竖直部和水平部，所述竖直部竖直设于水平部的一端，使竖直部和水平部整体呈L型结构；在竖直部和水平部之间倾斜设有第一斜板和第二斜板；所述第一斜板的一端与所述竖直部固定连接，另一端与所述第二斜板可拆卸连接，所述第二斜板的另一端与所述水平部固定连接；

在所述竖直部与第一斜板的连接处水平设有一用于堆放松散堆积物的挡板。

2.根据权利要求1所述的松散堆积物休止角测量装置，其特征在于，所述第一斜板的坡度为45°～70°，第二斜板的坡度为10°～15°。

3.根据权利要求1所述的松散堆积物休止角测量装置，其特征在于，在第一斜板的两侧分别设有护板，使第一斜板和护板之间呈槽形结构。

4.根据权利要求3所述的松散堆积物休止角测量装置，所述护板上对称设有一组卡槽，所述第二斜板上设有与卡槽对应的卡接头，通过卡槽与卡接头的配合调整第二斜板的坡度；所述第一斜板与第二斜板之间卡接。

5.根据权利要求1所述的松散堆积物休止角测量装置，其特征在于，在竖直部位于挡板上方处还设有刮板。

6.根据权利要求1所述的松散堆积物休止角测量装置，其特征在于，还包括筛选装置；所述筛选装置具有一筛板，该筛板的筛孔孔径为20cm。

7.根据权利要求6所述的松散堆积物休止角测量装置，其特征在于，所述筛选装置通过支架固定在所述竖直部的上端，并位于挡板的上方。

8.根据权利要求1所述的松散堆积物休止角测量装置，其特征在于，所述测试架的竖直部的高为2.12～3.00m，宽为1m；水平部长2.2～3m；第一斜板长2.32～4.00m。

9.一种松散堆积物休止角测量方法，包括如权利要求1-7任一项所述的松散堆积物休止角测量装置，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据待测松散堆积物调整第一斜板2与第二斜板3的角度，将松散堆积物放入筛选装置，剔除粒径＞20cm的松散堆积物，使粒径≤20cm的松散堆积物堆积在挡板上方；

2)取掉挡板，使堆积在挡板上方的松散堆积物自然下落；在沿斜坡下落过程中，堆积体在坡脚处的水平距离不再增加且在垂直方向堆积高度不再增加时，记为临界堆积状态；

3)临界堆积状态下，在堆积体的顶部取相对稳定点E，测量E点距离堆积体底面的高度H，以及E点在堆积体底面的投影与堆积体底面最远点之间的距离L，并通过计算该松散堆积物的休止角；

4)重复上述步骤1)～3)3～5次，并计算休止角的平均值，得到松散堆积物的休止角。

10.根据权利要求9所述的松散堆积物休止角测量方法，其特征在于，所述相对稳定点是指堆积高度不再增加的点。