散体沙堆积体广泛存在于自然界中,如散体颗粒堆积形成的堤坝、岸滩、边滩、心滩等。这类堆积体往往全部或部分处于运动水流环境中,在水流作用下,堆积体会发生变形、坍塌,最终形成稳定的形态。水流作用不同,泥沙粒径不同,散体沙堆积体稳定的形态也不相同。研究水流作用下,散体沙堆积体稳定形态特点,特别是弄清侧向稳定形态,侧向稳定坡角的变化规律,对于研究散体颗粒堆积形成的堤坝、岸坡稳定性具有重要的意义。本文综合运用土力学、泥沙运动力学等学科的基础理论,采用理论分析、数模计算与水槽试验相结合的方法,研究了水流作用下散体沙堆积体侧向稳定坡角的形成机制与变化规律,包括散体沙堆积体周边的流场结构、侧向水流作用下散体沙堆积体的坡面形态变化特点以及动水休止角计算公式。主要研究成果如下:(1)来流流速越大,迎流面、背流面、侧流面以及顶部的垂线流速越大,各坡面垂线平均流速上升幅度越发明显。相同水流条件下,散体沙堆积体各坡面的水流流速从高到低依次是堆积体顶部、侧流面、迎流面、背流面。(2)流经散体沙堆积体的水流具有显著的三维性、不均匀性,水流对于散体沙堆积体不同部位泥沙颗粒的作用也不相同。迎流面上,来流流速越大,水流对于坡面的作用强度越大,且随着坡面高程的增加水流对坡面的作用强度也越大。侧流面上,来流流速越大,水流对于坡面的作用强度也越大,但变幅较迎流面更为均匀;随着坡面高程的增加水流对坡面的作用强度也越大,但变化幅度较迎流面也更平缓。背流面为水流对坡面作用强度极弱的掩蔽区,该区域尺度随水流流速的增大的减小。(3)在水流作用下,由于散体沙堆积体不同部位泥沙的稳定性不同,因此堆积体各部位会发生不同程度的演变。其中背流面最为稳定、侧流面次之、迎流面最弱。迎流面在水流作用下整体冲刷下切向后延伸、坡角逐渐变缓;侧流面在水流作用下整体上部冲刷、底部堆积拓展,迎流面来沙的堆积以及水流对坡底掏蚀的综合作用最终将使得侧流面达到动态平衡,形成稳定坡角;背流面坡面形态十分稳定,其稳定坡角接近于静水休止角。(4)流速与粒径是影响散体颗粒堆积体边坡稳定坡角大小的主要因素。相同粒径条件下水流流速越大,稳定坡角越小,且稳定坡角对于流速变化的敏感度更高;相同水流条件下散体沙颗粒粒径越大,稳定坡角越大,且稳定坡角对于流速变化的敏感度越低。从堆积体稳定边坡上颗粒的受力分析出发,引入相对近底流速反映泥沙起动动力条件,建立了动水休止角计算公式及其简化形式。