简述斜坡的应力分布特征

如题所述

1斜坡应力场的基本特征

  斜坡成坡过程中,临空面周围的岩体发生卸荷回弹(图9-2上),引起应力重 分布和应力集中等效应(图9-2下)。据有限元研究,斜坡成坡后,岩体的应 力状态较以前发生了以下几个主要方面的变化:
 (1)由于应力的重分布,斜坡周围主应力迹线发生明显偏转。无论是在重力场条件下,还是在以水平应力为主的构造应力场条件下,其总的特征表现为愈靠近临空面,最大主应力愈接近于平行临空面,最小主应力刚与之近于正交(图9-2下)。
 (2)由于应力分异的结果,在临空面附近造成应力集中带。但坡脚区和坡缘(斜坡面与坡顶面的交线)区情况有所不同。具体体现在: 坡脚附近最大主应力(相当于临空面的切向应力)显著增高,且愈近表面愈高(图9-2下);最小主应力(相当于径向应力)显著降低,于表面处降为零,甚至转为拉应力。
 (3)与主应力迹线偏转相联系,坡体内最大剪应力迹线由原先的直 线变为近似圆弧线,弧的下凹面朝着临空方向。
 (4)坡面处由于径向压力实际等于零,所以实际上处于单向应力状态(不考虑斜坡走向方向的σ2 时),向内渐变为两向或三向(考虑σ2时)状 态。

2影响斜坡岩体应力分布的主要因素
 (1)原始应力状态的影响:
   岩体的原始应力状态中,水平剩余应力的大小对坡体应力状态 的影响尤为显著。它不但使主应力迹线的分布形式有所不同(图 9-2下),而且明显地改变了各应力值的大小,尤其对坡脚应力 集中带和张力带的影响最大。在坡脚区,根据图9-2可见,坡底的切向应力最大值约相 当于原始水平应力的三倍左右。当有侧向水平应力时,该值成 倍增高,如当σL=3ρgh时,该值可达7-10ρgh ,与σL=0 的情况相比,相差十分悬殊。

 (2)坡形的影响:研究表明,坡高并不改变应力等值线图像,但坡内各处的应力值,均随坡高增高而线性增大。坡角明显改变应力分布状况。随坡角变陡,坡面附近张力带范围也随之扩大和增强(图9-3),成坡过程中,位移矢量离面趋势也变得更加明显 (图9-2上) ;坡脚应力集中带最大剪应力值也随之增高 (图9-4) 。
  圆形和椭圆形矿坑边坡,坡脚最大剪力仅只有一般斜坡的二分之一左右。
 (3)斜坡岩体特征和结构特征的影响:
  研究表明,岩体的弹性模量对均质坡的应力分布并无明显影响。岩体的泊 松比( μ )可以改变 σx 、τxy 的大小,但是当斜坡中侧向剩余应力很高时,这 种影响也就被掩盖了。可见,均质坡中,岩体材料性质对应力分布的影响 是很微弱的。
  

图9-2 用有限元法解出的位移迹线图(上)和主应力迹线图(下)
(a)重力场条件(N=0.33);(b)以水平应力为主的构造应力场条件下(N=3)

  斜坡含有平缓的或倾向坡外的软弱结构面时,在成坡过程中有利于上覆岩 体中水平构造剩余应力的释放和结构调整,使其应力状况由重力场和剩余 应力叠加型向重力场转化。拉应力区有所扩大,易形成拉张破裂。
  软弱结构面倾向坡内,往往可约束部分剩余应力,随斜坡继续变形而逐渐释放。
  坡内含有软弱层(带),其影响与它在成坡过程中,压缩变形或塑性流变程度有关,可使上覆岩体中拉应力区和可能的破坏区明显增加,更易被拉裂解体。
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