四种坡面形态对斜坡应力分布影响

1.四种坡面形态

按斜坡形态分类，可以将斜坡分为直线形斜坡、凸形斜坡、凹形斜坡以及阶梯形斜坡（图1）。

图1四种坡面形态（1）直线形斜坡：在横向上，较为平缓，有植被覆盖；纵向上，斜坡坡面较陡，近乎直线。故称为直线形斜坡。

（2）凸形斜坡：凸形斜坡坡面表现为凸凹起伏，总体呈外凸形。（3）凹形斜坡：在纵向上，呈向内凹的弧线形，其凹面朝向临空面。（4）阶梯形斜坡：阶梯形坡面，即在纵向高程上呈逐级递减，总体形态呈阶梯形，在每级斜坡上，有其独有的坡面要素。

2.坡形对斜坡应力分布影响

坡高、坡角、坡底宽度和斜坡平面形态等，对斜坡应力分布均有一定影响。

1图2斜坡坡面要素坡高不改变坡体中应力等值线的图形，但坡高愈大，应力量值愈大。坡角大小可以改变斜坡中应力分布的图像。坡脚附近的剪应力集中带和坡肩附近的张力带,其范围和量值是随着坡角增大而增大的。也就是说，陡峻的斜坡更易发生变形破坏。

图3坡角最大剪应力与坡角和坡底宽（W）关系图解坡底宽度的影响可以用W/H值来表征。随着W/H值的减小，坡脚的剪应力增大。实际资料表明，当W＞0.8H时,这种影响就减弱，以至不发生变化了。所

2以W/H值很小的高山峡谷地带，坡脚剪应力集中现象是非常明显的；尤其当水平构造应力较大时，由于水平挤压力的作用，坡脚应力集中带极强，更易发生斜坡变形破坏。

图4斜坡中最大剪应力迹线示意图实线--主应力迹线；虚线--最大剪应力迹线受坡形影响：坡高越高，坡内拉应力越高；坡角越大，拉应力范围越大，切向应力值越高；坡脚处拉应力随底宽的缩小而急剧增大，坡脚处τ基本不随底宽的变化而变化。

斜坡平面形态可分为直线形、凹形、凸形以及阶梯形等。一般地说，内凹形斜坡由于其两侧的支撑作用，应力条件较好，即坡脚的剪应力较小。所以露天采坑的平面形态大多是椭圆形的，且其长轴尽量平行于最大水平地应力方向。

结合坡面形态（图1）、坡面要素（图2）、坡角最大剪应力与坡角和坡底宽（W）关系图解（图3）及斜坡中最大剪应力（图4）综合分析得出如下结论：

(1)直线形斜坡：由于直线形坡面陡峻，坡角较大，易发生破坏；

(2)凸形斜坡：凸形由于坡角较大，受应力切向应力和剪应力影响较大，极不稳定，易发生破坏；

(3)凹形斜坡：内凹形斜坡由于其两侧的支撑作用,应力条件较好，即坡脚的剪应力较小,凹形坡有利于坡体稳定；

(4)阶梯形斜坡：阶梯形斜坡，其坡面呈现出分级状，各级的应力分布取决于各级坡角及坡底宽度、分级高度，其稳定性较好。

斜坡形态对应力分布影响取决于多个方面，实际生活中，可能是多种坡形的复杂组合，我们应该结合具体的坡形要素坡角、坡高、坡底宽度，参考力学规律，进行合理化评估。

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