不同坡形对应力场的影响

不同坡形对应力场的影响
影响斜坡应力分布的因素主要是岩石的初始应力、坡形和斜坡岩土体特征的影响，其中坡形的影响主要体现在坡高、坡脚和坡面形态等。

以下主要介绍常见坡面形态（直线形、凸形、凹形、阶梯型）的影响：
1.直线形对应力场的影响
直线形斜坡是最常见的斜坡形态，其在水平向的应力在坡底集中，向上层和沿坡面向上减小。

垂直方向上的应力也在坡底集中，远离坡面和向下方向上，垂直方向上的应力会逐渐增大。

主压应力线从平行坡面向内偏转，过坡底后又渐渐变为水平，呈向内凹形（如图1）。

图1 直线形坡的应力分布示意图
2.凸形坡对应力场的影响
凸形斜坡是常见四种坡形中最不稳定的。

其基本应力分布和直线形类似，但凸起部分的岩体，垂直于坡面的应力向内增加的速率明显大于直线形坡形。

在凸起部分，应力集中现象明显（如图2）。

图2 凸形斜坡应力分布示意图
3.凹形坡对应力场的影响
对于凹形坡，其水平应力变化与前两种类似，竖直和沿坡面垂直方向上的应力变化的变化率较前两种偏小。

应力集中在凹形坡面中凹处最低的位置，其主应力线较前两种更贴近于坡面（如图3）。

图3凹形坡形应力分布示意图
4.阶梯形坡对应力场的影响
阶梯形斜坡和以上三种相比有部分明显不同，在每级阶梯上的应力分布基本与直线形斜坡的应力分布相同，水平应力在坡顶面处远远大于垂直应力，随着其远离坡面其垂直向的应力逐渐增大。

应力在坡脚和两级阶梯连接处发生应力集中现象，但是由于阶梯形坡形相当于直线形坡形卸荷后的形态，阶梯形每级受应力小于同等状态下的直线形坡形（如图4）。

图4 阶梯型受力分布示意图
5.总结
根据以上对不同坡形的应力分布，可以看出，凸形斜坡最不稳定，然后是直线形和凹面形，最稳定的是阶梯形斜坡。

凸形斜坡相对于直线形是增加了坡面上的荷载，使其应力集中现象更加突出，也更不稳定。

同理，凹形相对直线形是减轻了部分荷载，因此也相对比较稳定。

阶梯形相对于直线形，不仅是卸荷，而且将其分为两部分，因此是最为稳定的。