边坡形成后,由于开挖卸荷,在近边坡面一定范围内会发生应力重分布作用,使边坡岩体处于重分布应力状态下。边坡岩体为适应这种重分布应力状态,将发生变形和破坏。因此,研究边坡岩体重分布应力特征是进行稳定性分析的基础。一般来讲,边坡内的重分布应力有如下特征:
(1)无论在什么样的地应力场下,边坡面附近的主应力迹线均明显偏转,表现为最大主应力与坡面近于平行,最小主应力与坡面近于正交,向坡体内逐渐恢复初始应力状态(图6-52)。
图6-52 用弹性有限单元法解出的典型斜坡主应力迹线图
(据科茨,1970)
(2)由于应力的重分布,在坡面附近产生应力集中带,不同部位其应力状态是不同的。在坡脚附近,平行坡面的切向应力显著升高,而垂直坡面的径向应力显著降低,由于应力差大,于是就形成了最大剪应力增高带,最易发生剪切破坏。在坡肩附近,在一定条件下坡面径向应力和坡顶切向应力可转化为拉应力,形成一拉应力带。边坡越陡,则此带范围越大,因此坡肩附近最易拉裂破坏;水平地应力越大,坡内拉应力范围也越大。
(3)在坡面上各处的径向应力为零,因此坡面岩体仅处于双向应力状态,向坡内逐渐转为三向应力状态。
(4)由于主应力偏转,坡体内的最大剪应力迹线也发生变化,由原来的直线变为凹向坡面的弧线(图6-53)。
对于边坡重分布应力的上述特征,边坡的形态对其影响很大。坡高基本上不改变坡体中应力等值线的形状,但随着坡高的增大,主应力量值也增大;与之相反,坡角大小直接影响边坡岩体应力分布图像,随着坡角增大,边坡岩体中拉应力区范围增大(图6-54),坡脚剪应力也增高。(www.daowen.com)
图6-53 斜坡中最大剪应力迹线与主应力迹线关系示意图
(实线为主应力迹线;虚线为最大剪应力迹线)
图6-54 斜坡拉力带分布状况及其与水平构造应力(σh)、坡角β关系示意图
(据斯特西,1970)
(图中阴影部分表示拉力带)
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