[科普中国]-边坡摩擦

概念

边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式。边坡摩擦是指物体和边坡因为物体重力等作用而形成的摩擦力。边坡摩擦力阻滞物体在边坡上的运动。1

边坡边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式。

露天矿开挖形成的斜坡构成了采矿区的边界，因此称为边坡；在铁路、公路建筑施工中，所形成的路基斜坡称为路基边坡；开挖路堑所形成的斜坡称为路堑边坡；在水利建设中开挖形成的斜坡也称为边坡。图1为各类工程边坡现场图。

典型的边坡（斜坡）如图2所示。边坡与坡顶相交的部位称为坡肩，与坡底面相交的部位称为坡趾或坡脚，坡面与水平面的夹角称为坡面角或坡倾角，坡肩与坡脚间的高差为坡高。1

岩体稳定性分析在自重作用下的块裂岩体稳定性主要决定予结构面及结构面组合交线产状和结构面的摩擦阻力．如图3所示，在自重作用下的块裂体(重为矿)沿ab面下滑力为：

而抗滑力为：

其稳定条件为，即：

不考虑时，则稳定条件为：

我们知道岩体的抗滑力不是向量，它的作用方向决定于滑动作用方向，即它与滑动力方向相反。因为角常以摩擦锥表示，在赤平投影图上则表现为圆．在岩体稳定性分析的第一步的结构分析时，可以用结构面或结构面组合交线与由圆关系初步判断块裂岩体稳定性，如图4所示，赤平投影圆内的小圆为圆。ab为边坡。图中阴影部分即边坡与摩擦圆包围的月牙形范围为危险区。如结构面或结构面组合交线位于这个区域内时，块裂岩体有可能滑动，从岩体结构分析来说，这属于不稳定岩体。如图5所示，结构面与交绘成的组合交线C位于圆外，故为稳定的。结构面和交绘成的组合交线d亦位于摩擦圆外，故亦届稳定的。而结构面与交绘成的组合交线e则位于摩擦圆与边坡围成的月牙形范围内，从结构分析角度来说，则属于不稳定岩体，应进一步地进行力学分析。2

土工包在入水过程中受力情况土工包在水中的受力情况有两种：一为岸坡滚落或滑落；二为水中沉落。当大土工包进入水中时，土工包内的空气会聚集在土工包的上方，形成气囊(见图6，7)，其所产生的浮力是必须考虑的因素，它对大土工包沉落过程和稳定影响很大。大土工包在沉落过程中，主要受到重力、浮力、边坡的摩擦阻力、水的绕流阻力、水流对包的动压力，这些力的合力决定包的下沉过程的时间和位移。耿明全曾进行过土工包的水槽试验和稳定性分析。大河流速和水深对土工包沉落偏移量影响也很大，大河流速越高土工包偏移量越大，大河水深越深土工包偏移量越大。

船舶抛投大土工包沉降及受力过程见图8。3

水流阻力明渠流中，作为第一级近似，一个短的过渡段内河底与边坡的摩擦阻力可忽略不计。但是，对于长渠，不能再看做理想流体。考虑延伸数公里长的供水渠道，其底面与边坡的摩擦阻滞了流体运动，在平衡状态，摩擦力与沿水流方向的重力分量恰好抵消。

明渠内水流阻力的方程实质上与封闭管道内的情况是相同的。距离△s(沿水流方向)上的水头损失△H由Darcy公式给出：

式中：为Darcy系数；为平均流速；为水力直径或管道的等效直径。

在明渠中，假定为静水压力分布，可将能量方程改写为：

式中：下标1和2指控制体的上下游横断面；为测得的与渠底面正交的水流深度；为平均流速。4