Fracman岩石楔形体稳定性分析(Rock Wedge Stability analysis)

1 引言

在土木工程、水电工程和采矿工程的硬岩边坡和地下开挖设计中，岩石的楔形破坏【 露天采矿台阶稳定性分析方法(Bench Scale Stability Analysis) 】是主要的破坏型式。楔形体稳定性分析方法按照从简单到复杂的排列顺序，依次有赤平极射投影法，确定和随机的极限平衡法和离散元法。近年来另一种楔形体的稳定性分析方法---基于DFN的极限平衡方法得到了广泛关注。本文讨论了这种方法的分析原理和评价准则，包括：

(1) 方法回顾

(2) 楔分析原理

(3) 实例分析步骤

(4) 结果解释

(5) 8篇主要参考文献

2 方法回顾

楔形体稳定性最简单的分析方法是使用赤平极射投影法，这是一种非常古老的但仍在实践中使用的楔形体稳定性分析方法，目前最流行的分析工具是Dips(V8.013)。在此基础上，基于极限平衡方法的运动学分析是工程实践最常用的分析方法，代表性的分析工具是SWedge(V7.014)和UnWedge(V5.011)，前者用于边坡(台阶)，后者用于地下开挖，二者均可以进行确定性分析和概率性分析。

以3DEC(V7.00.156)为代表的离散元克服了上述极限平衡法只能静态处理楔形体的限制，可以同时进行多个楔形体的稳定性分析、运动规律及其相互作用，特别是DFN的引入，极大地增强了3DEC分析楔形体稳定性的能力。 另一种与3DEC类似但使用了不同途径的楔形体稳定性方法是基于DFN的极限平衡分析，代表性的分析工具是Fracman(V8.0)。

赤平极射投影和 极限平衡分析的主要优点是易于学习和使用，并且 可以立即得到分析结果。相比之下，3DEC和Fracman需要使用者具备综合的数学、力学和地质学知识来创建模型和分析。 SWedge和 UnWedge的主要限制是假定断裂是无限连续的，没有考虑岩体中的岩桥特性，这导致在某些分析中得出的结果会低估楔形体的稳定性，也会忽略掉一些关键块的存在。此外，在这种分析中，最多只能考虑3组节理。而 使用DFN方法能够生成与现场实际状况更接近的真实块体。DFN通过断裂尺寸将岩桥合并至模型中，由于不限制断裂数量和破坏模式，因此可以模拟非常复杂的岩体破坏。在完全随机的DFN模型中，以概率方式确定不稳定块体的位置和破坏模式。下图概念性地显示了SWedge和Fracman的结果比较。