RocSlope3与RocFall3的集成分析

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摘要

文章介绍了通过集成RocSlope与RocFall3，将岩石边坡稳定性分析与落石分析结合的新方法。RocSlope能够分析三维岩石边坡稳定性，通过概率分析确定可移动块体的位置和滑动安全系数，进而作为RocFall3落石分析的初始位置。这种集成方法提高了分析流程的效率和全面性。此外，文章还介绍了RocSlope软件的特点和功能，包括其理论基础、节理强度模型、关键块分析和连续破坏分析等。

正文

1. 引言

在构造控制的岩石边坡稳定性分析中，通常我们首先估算岩体发生平面滑动或楔形滑动的可能性，然后进行岩块落石分析，不过这两种途径是分离的，二者没有关联在一起，现在通过RocSlope与RocFall3的集成，能够把这两种方法结合在一起进行分析，即首先使用RocSlope进行概率分析，估算出岩块可能的滑动位置，然后作为RocFall3块体的初始位置进行落石分析。《计算岩土力学》公众号现在能够承担这种类型的分析任务。

2. 集成方法

在结构控制的平面破坏或楔形破坏中，可能导致落石，崩塌的岩体在破坏过程中会发生解体，产生出较小的岩块，如下图所示。

作为岩石工程师，需要评估边坡坍塌的位置以及落石的动能和运动轨迹，RocSlope3 和 RocFall3为此提供了分析工具。首先采用RocSlope3进行三维块体稳定性评估，确定所有可移动块体的几何形状及其相应的滑动安全系数；概率分析可通过改变每次模拟的节理剪切强度来进行，并在所有模拟中获得每个块体的破坏概率。通过集成，RocSlope3 中的危险边坡几何形状直接导出到RocFall3中，RocSlope3 中确定的块体崩塌位置可自动作为 RocFall3 中的落石起点。然后，用RocFall3分析岩石端点、冲击点、动能和轨迹的空间分布，并相应地设计落石阻挡系统。

RocSlope3 中的概率分析可以模拟连接位置的变化，进而模拟由此产生的岩块几何形状的变化，生成完整的岩块崩塌空间概率危险图，相应的落石分析可以根据每个位置的崩塌概率，按比例在每个位置播撒种子(Seed, Rocfall术语)。

3. 更广泛的集成

通过 Slide3或RS3搜索临界滑动面同样可以与RocFall3集成，因为危险区域可以导出并作为三维落石分析的种子。许多现代分析软件都能单独为您提供评估边坡稳定性和整体安全性的功能。然而只有通过集成的力量，软件才能提高工作流程的效率，并提供全面的分析。

4. RocSlope简介

在实践中已经有了一些专用于岩石边坡稳定性分析的工具软件，如Rocplane用来进行平面滑动分析【岩石边坡平面滑动(Planar Sliding)稳定性分析】；SWedge用来进行楔形体分析【[重要]岩石边坡工程课程---楔形滑动(Wedge Sliding)分析(C8)】; RocTopple用来进行倾倒分析【边坡倾倒破坏(Toppling Failure)分析V2022】。这三个程序的共同特点都是二维计算，而且不能同时分析多个块体。另外Slide3虽然也能分析楔形体的稳定性，但只能分析一个。真实的岩体含有多条不规则的节理，因此RocSlope---三维岩石边坡稳定性风险评估(Risk Assessment)软件弥补了上述缺陷。

RocSlope专用于分析节理化岩体的边坡稳定性，其理论基础是Goodman和石根华的块体理论【石根华的Discontinuous Deformation Analysis (DDA)文献聚合】和关键块理论【关键块理论的工程应用(Key Block Analysis)】以及极限平衡分析，能够同时分析多条节理或者离散断裂网络DFN构成的岩体边坡，与Fracman和刚性块的3DEC颇为相似【Fracman的岩土模块---主要功能和参考文献】。RocSlope使用了运动学的基本求解步骤来计算块体的安全系数，包括以下一系列的步骤：

(1) 确定块体是否可移动

(2) 确定所有作用在块体上的力，计算块体的主动和被动力矢量

(3) 确定滑动块体的滑动方向

(4) 确定每个块体平面上的法向力

(5) 计算由于节理剪切强度而产生的抵抗力

(6) 计算安全系数

所有块体独立分析，如果使用连续破坏分析功能，则以迭代的方式进行计算。RocSlope的节理强度模型有5个：

1. Mohr-Coulomb

2. Barton-Bandis

3. Hoek-Brown

4. Generalized Hoek-Brown

5. Power Curve