云南镇雄山体滑坡区域岩崩的初步分析 (Rockfall)

1. 引言

2024年1月22日6时许，云南昭通市镇雄县塘房镇凉水村发生了山体滑坡，造成18户房屋被掩埋、34人遇难，10人失联。 专家调查组目前给出的结论是：(1) 陡峻的地形地貌为崩滑发生提供了条件；(2) 层状碎裂结构岩体是崩塌发生的主要内因及客观因素；(3) 前期降水持续下渗，软化岩体内软弱面，加之崩塌发生前雨雪导致地下水富集，达到其临界点，进而诱发崩塌发生。　

本次滑坡表现出明显的岩崩现象。岩崩是指体积较小的分离块或系列块的自然向下运动，整个过程包括自由落体(Free fall)、弹跳(Bouncing)、滚动(Rolling)和滑动(Sliding)。 岩崩的形成受许多因素影响，例如岩体的不连续性和风化程度，地下水和地表水，冻融，外部爆破载荷和地震载荷等。 岩崩最核心的研究内容是通过建立随机模型预测岩石滚落的运动轨迹， 评估岩块崩落的风险。

本文 进行了初步的岩崩分析，主要目的是显示了分析流程，许多参数还需要进一步调整。 　

2. 边坡模型

3. 分析方法

岩石崩落分析(Analysis Method)有两种方法：一种是Rigid Body方法，另一种是Lump Mass方法。R igid Body分析方法可以定义岩块的形状，而 Lump Mass方法假定岩块是非常小的 点状质量 ，但没有形状。本次模拟使用刚体( Rigid Body)分析方法。

与Lump Mass方法相比，刚体方法能够模拟真实块体的形状，法向恢复系数Rn是基于能量的而不是基于速度的，切向恢复系数Rt可以选择不使用，除非使用CRSP阻尼。 刚体方法可以考虑滚动摩擦，这是岩块运动过程中非常重要的一个属性。 总的来说，使用刚体方法比使用Lump Mass方法更好一些。

4. 计算终止条件

计算终止条件(Engine Stopping Conditions)决定块体什么时候停止计算，对于Rigid Body方法，共有5个控制制条件：

(1) 每个块体的最大分析时间(Maximum time per rock)，默认值是5s。

(2) 每个块体的最大时步(Maximum steps per rock), 默认值是20000 steps。

(3) 停止的速度(Stopped velocity cutoff), 默认值是0.1m/s，停止的速度是指岩块不再移动的速度。对于刚体(Rigid Body)分析，就是中心点的速度。

(4) 停止的法向速度(Normal velocity cutoff)，默认值是0.1m/s。

(5) 最大时步(Maximum timestep)，默认值是0.01s。

一旦其中一个条件满足，块体就停止运动。

5. 种子

种子(Seeder > Add Point Seeder)用来设置岩块的初始条件包括位置，数量和速度，为所有岩块指定一个相同的初始崩落位置，可以在屏幕上直接用鼠标定位也可以通过命令行输入起始点的坐标；块体数量(Number of Rocks)表示同时运行的块体；块体的初始速度有三种型式：水平速度、垂直速度和旋转速度。在一般的分析中，只需输入水平速度即可。速度可以设置为自由变量。

6. 岩石类型

岩石类型(Seeder > Rock Type Library)定义块体的物理属性。 对于 Rigid Body分析 方法，除了输入块体的质量和密度，还可以输入块体的几何形状。 几何形状分为两类： 一种是平滑的，另一种是多变形的。 质量和密度也可以设置为自由变量。

岩石类型 可以 定义为 不同的组 ， 如果设置 为 2组， 则每组 各占50 %， 如果设置 为3组 ，则 每组 各占 33% 。这种假设只是为了数学上方便处理，本质上没有物理意义。因为真实的岩块形状分布绝对不是等比例的，而是有一定级配百分比的。

7. 坡面材料

坡面材料属性(Slope > Slope Material Library)是整个分析最关键的参数。每一段坡面由4个参数来定义：法向恢复系数Rn(Normal Restitution)、切向恢复系数Rt(Tangential Restitution)、内摩擦角和粗糙度。这四个参数都可以设置为自由变量。不同的坡段可以指定不同的材料(Slope > Assign Slope Materials)。GeoRock给出的经验值：

本文对云南镇雄山体滑坡区域的岩崩过程进行了初步模拟，主要作用是显示了模拟流程，许多参数还待进一步修改，以便最大程度地呈现边坡的崩落过程。