合聚咖

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从摩擦角到内摩擦角再到有效内摩擦角与边坡稳定

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中学物理课堂上,我们学习了摩擦角的概念。滑块在平面上不滑动,若斜放,斜面倾角小于某值时,滑块所受重力沿斜面方向的分量与静摩擦力相等,此时滑块静止;当斜面倾角增大至临界状态,即摩擦角,滑块开始滑动。摩擦角与斜面倾角正相关,增大摩擦系数增大摩擦角。

安息角与摩擦角相似,描述的是土壤或颗粒堆积物保持稳定性而不崩塌的最大倾角。对于缺乏粘聚力的颗粒材料,如砂子,在干燥条件下,安息角与内摩擦角接近或相等。安息角的推导方法类似于摩擦角,考虑了颗粒间的摩擦力。

库仑强度准则与边坡稳定分析密切相关,它描述了滑动面上的正应力和切应力与土的粘聚力和内摩擦角的关系。在砂土情况下,由于没有粘聚力,库仑强度准则简化为摩擦力的分析。对于具有粘聚力的材料,如粉质粘土,其安息角将大于内摩擦角。

在考虑水体影响的边坡稳定性分析中,需要引入有效应力和有效内摩擦角的概念。有效应力法强调了土骨架在有效应力下的抗剪能力,而总应力法则更加直观,但理论基础不如有效应力法严格。在水下分析中,考虑到砂土的浮重度,可以更方便地计算剪应力和安全系数。

对于有渗流的饱和砂土边坡,渗流方向与边坡平行时,有效应力和剪应力的计算需考虑水的流动。在计算安全系数时,需同时考虑砂土和水的重量,以更准确地评估边坡稳定性。