湿沙为什么能堆城堡,干沙却散开?

湿沙为什么能堆城堡,干沙却散开?

干沙倒出桶后容易塌成斜坡,因为沙粒之间主要靠接触和摩擦承受力,几乎不能抵抗把颗粒拉开的作用。加入少量水,情况便改变了。

水不会均匀填满所有空隙,而是在相邻沙粒的接触处形成细小的“毛细桥”。水面弯曲造成桥内外压力差,水的表面张力也沿界面作用,两者共同把沙粒拉近。许多毛细桥连成网络,原本松散的颗粒便获得内聚力,能承受一定拉力和剪切,于是倒扣的沙桶可以保持墙面,甚至继续向上堆叠。沙堡并不是水变成了胶,而是水、空气与沙粒共同形成了受力结构。

水也不是越多越好。随着空隙逐渐被水填满,分散的小桥会互相合并;接近饱和时,维持局部拉力的水—空气界面减少,沙堆可能变软或流动。合适含水量还会受颗粒大小、形状和表面性质影响。因此,“湿沙更牢”只在一定范围内成立:太干缺少毛细桥,太湿又失去有效的桥状网络。

https://www.nature.com/articles/srep00549


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