邊坡摩擦

坡是自然或人工形成的斜坡，是工程建設中最常見的工程形式。邊坡摩擦是指物體和邊坡之間形成的摩擦力。此力在決定物體和邊坡之間的運動裝台有著重要作用。

基本介紹

• 中文名：邊坡摩擦
• 外文名：side friction
• 運用場合：土木工程
• 作用：阻滯物體在邊坡上的運動

概念

邊坡是自然或人工形成的斜坡，是人類工程活動中最基本的地質環境之一，也是工程建設中最常見的工程形式。邊坡摩擦是指物體和邊坡因為物體重力等作用而形成的摩擦力。邊坡摩擦力阻滯物體在邊坡上的運動。

邊坡

邊坡是自然或人工形成的斜坡，是人類工程活動中最基本的地質環境之一，也是工程建設中最常見的工程形式。

圖1

露天礦開挖形成的斜坡構成了採礦區的邊界，因此稱為邊坡；在鐵路、公路建築施工中，所形成的路基斜坡稱為路基邊坡；開挖路塹所形成的斜坡稱為路塹邊坡；在水利建設中開挖形成的斜坡也稱為邊坡。圖1為各類工程邊坡現場圖。

圖2

典型的邊坡（斜坡）如圖2所示。邊坡與坡頂相交的部位稱為坡肩，與坡底面相交的部位稱為坡趾或坡腳，坡面與水平面的夾角稱為坡面角或坡傾角，坡肩與坡腳間的高差為坡高。

岩體穩定性分析

在自重作用下的塊裂岩體穩定性主要決定予結構面及結構面組合交線產狀和結構面的摩擦阻力．如圖3所示，在自重作用下的塊裂體(重為礦)沿ab面下滑力為：

圖3

而抗滑力為：

其穩定條件為，即：

不考慮時，則穩定條件為：

我們知道岩體的抗滑力不是向量，它的作用方向決定於滑動作用方向，即它與滑動力方向相反。因為角常以摩擦錐表示，在赤平投影圖上則表現為圓．在岩體穩定性分析的第一步的結構分析時，可以用結構面或結構面組合交線與由圓關係初步判斷塊裂岩體穩定性，如圖4所示，赤平投影圓內的小圓為圓。ab為邊坡。圖中陰影部分即邊坡與摩擦圓包圍的月牙形範圍為危險區。如結構面或結構面組合交線位於這個區域內時，塊裂岩體有可能滑動，從岩體結構分析來說，這屬於不穩定岩體。如圖5所示，結構面與交繪成的組合交線C位於圓外，故為穩定的。結構面和交繪成的組合交線d亦位於摩擦圓外，故亦屆穩定的。而結構面與交繪成的組合交線e則位於摩擦圓與邊坡圍成的月牙形範圍內，從結構分析角度來說，則屬於不穩定岩體，應進一步地進行力學分析。

圖4

圖5

土工包在入水過程中受力情況

土工包在水中的受力情況有兩種：一為岸坡滾落或滑落；二為水中沉落。當大土工包進入水中時，土工包內的空氣會聚集在土工包的上方，形成氣囊(見圖6，7)，其所產生的浮力是必須考慮的因素，它對大土工包沉落過程和穩定影響很大。大土工包在沉落過程中，主要受到重力、浮力、邊坡的摩擦阻力、水的繞流阻力、水流對包的動壓力，這些力的合力決定包的下沉過程的時間和位移。耿明全曾進行過土工包的水槽試驗和穩定性分析。大河流速和水深對土工包沉落偏移量影響也很大，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。

圖6

圖7

船舶拋投大土工包沉降及受力過程見圖8。

圖8

水流阻力

明渠流中，作為第一級近似，一個短的過渡段內河底與邊坡的摩擦阻力可忽略不計。但是，對於長渠，不能再看做理想流體。考慮延伸數公里長的供水渠道，其底面與邊坡的摩擦阻滯了流體運動，在平衡狀態，摩擦力與沿水流方向的重力分量恰好抵消。

明渠內水流阻力的方程實質上與封閉管道內的情況是相同的。距離△s(沿水流方向)上的水頭損失△H由Darcy公式給出：

式中：為Darcy係數；為平均流速；為水力直徑或管道的等效直徑。

在明渠中，假定為靜水壓力分布，可將能量方程改寫為：

式中：下標1和2指控制體的上下游橫斷面；為測得的與渠底面正交的水流深度；為平均流速。