以下文章经许可转载自 The Conversation，这是一个报道最新研究的在线出版物。
如果你想了解为什么有些沙堡高耸并具有复杂的结构，而另一些沙堡几乎是无定形的沙堆，那么拥有土木工程学的背景会有所帮助。
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作为一名 土木工程教育工作者 本人，我在课堂上使用沙堡来解释土壤、水和空气的相互作用如何使 在采矿后重建景观 以获取对能源转型至关重要的金属成为可能。
建造沙堡的关键在于这三种成分的正确混合。沙子提供结构，但沙粒之间的水提供将沙子结合在一起的力——在这种情况下是吸力。如果没有适量的空气，水只会将沙粒推开。
并非任何沙子都可以
根据 ASTM International 标准机构的 统一土壤分类系统，砂粒是直径为 0.003 英寸（0.075 毫米）至 0.187 英寸（4.75 毫米）的土壤颗粒。根据定义，沙子至少有一半的颗粒在这个范围内。淤泥或粘土是颗粒小于沙子尺寸的土壤。颗粒大于沙子尺寸的土壤是砾石。
颗粒或砂粒的大小也决定了沙子的外观和感觉。最小的砂粒质地几乎像糖粉。最大的砂粒更像小扁豆大小。
大多数沙子都可以用来建造沙堡，但最好的沙子有两个特点：不同尺寸的砂粒以及具有棱角或粗糙边缘的砂粒。粒径的变化允许较小的砂粒填充较大砂粒之间的空隙或孔隙。结果是沙子的强度增加。
更具棱角、带有尖角的砂粒可以更好地锁在一起，使沙堡更坚固。 这与一堆有棱角的木块会保持堆积状态，而一堆弹珠会散落各处的道理相同。
这也是为什么，令人惊讶的是，建造沙堡的最佳沙子通常不是在岛屿或沿海海滩上发现的。 更多有棱角的砂粒通常在更靠近山区的地方发现，那里是它们的地质来源。 这些砂粒的边缘尚未被风和水磨圆。 专业的沙堡建造者甚至会 进口河沙来制作他们的作品。
最后，砂粒靠得越近，沙子的强度就越高。 通过压实或夯实将湿沙紧紧地压在一起，将砂粒挤压在一起，减小孔隙的大小，并增加水可以产生的效果。 压实还可以增加颗粒的互锁，从而提高沙子的强度。
水是关键
没有水，沙子只会形成一堆。 水太多，沙子就会像液体一样流动。 但在干燥的沙子和饱和的沙子之间，存在着 广泛的湿度水平，使沙堡的建造成为可能。
水是具有内聚力的，这意味着水喜欢粘附在水上。 但水也会粘附或爬上某些表面。 看看半杯水，你会看到水稍微沿着杯子内壁上升。 重力仍然将水 удерживает 在杯子里，但水正试图爬升并润湿表面。 这种微小的力量博弈使沙堡成为可能。
在空气和水相遇的地方，存在表面张力。 气水界面向下牵引，试图将水 удерживает 在一起，对抗表面润湿、内聚力和重力的竞争力。 表面张力将水 удерживает 在一起，就像气球的绷紧的表皮一样。 表面张力也会将砂粒 удерживает 在一起。
如果玻璃杯细得多，像吸管一样，水就会升得更高，表面张力也会更大。 吸管越窄，水就会升得越高。 这种现象称为 毛细作用。
水在湿沙中的行为方式相同。 砂粒之间的孔隙或空间就像一束非常小的吸管。 水在砂粒之间形成微小的桥梁。 这些桥梁中的水处于张力之下，通过一种我们土木工程师称之为 吸力应力 的力将砂粒拉到一起。
适量的水
沙子中水的量控制着 水桥的大小和强度。 水太少等于砂粒之间的小桥梁。 水越多，桥梁的尺寸和数量就会增加，从而增加 удерживает 沙粒在一起的吸力。 结果是完美的沙堡沙子。
但是，水太多，吸力太弱，无法将沙子 удерживает 在一起。
建造出色沙堡的一般经验法则是 每八份干沙一份水。 然而，在实验室的理想条件下，在致密的沙子和零蒸发的情况下，每 一百份干沙一份水 就能创造奇迹。 在海滩上，湿度水平合适的沙子位于低潮时的高潮线附近。
顺便说一句，海水的盐分也可以成为沙堡稳定性的福音。 毛细作用力最初 удерживает 砂粒在一起，但毛细管水最终会蒸发，尤其是在刮风的天气里。 当海水干涸时，会留下盐分。 由于海水在颗粒之间形成了桥梁，盐在这些接触点结晶。 这样，即使沙子干了很久，盐也能使沙堡屹立不倒。 但要注意不要扰乱盐粘结的沙子； 它很脆且容易塌陷。
要建造坚固的沙堡，请尽可能紧密地压实沙子和少量的水。 我更喜欢创建一个密实的土堆，然后挖空和雕刻以展现其中的艺术。 您也可以将沙子压实到桶、杯子或其他模具中，然后从地面向上建造。 只要确保沙子密实，并将模具放置在压实的地基上即可。 手是很好的压实和雕刻工具，但铲子或贝壳可以实现更高的精度。 玩得开心，不要害怕弄得满身沙子！
本文最初发表于 The Conversation。 阅读 原文。