岩石边坡稳定性分析软件 RocSlope2

文摘   科技   2024-08-28 11:28   内蒙古  

1. 引言

近日,Rocscience发布了新的岩石边坡稳定性分析软件RocSlope2,粗略地看了这个软件,发现这个软件并不是我预期的那样。我的设想RocSlope2应该是这个样子:依据RocSlope3《计算岩土力学》数据集的发展与应用 (RocSlope3)】的块体形成原理,产生类似UDEC和Fracman的离散断裂网络DFN,然后发展类似Fracman的算法,考虑岩桥的断裂【阶梯路径岩桥 (Step Path Rock Bridge)】。然而实际的RocSlope2本质上是一个把RocPlane岩石边坡工程课程---平面滑动(Planar Sliding/Wedge)稳定性分析(C7)】,SWedge[重要]岩石边坡工程课程---楔形滑动(Wedge Sliding)分析(C8)】和RocTopple边坡倾倒破坏(Toppling Failure)分析V2022】集成在一起的产品,完全没有考虑岩桥,这可能是Rocscience的发展战略,以后将逐步淘汰这三个独立的产品,因此从实践的角度来看,对RocSlope2的开发有点儿失望。

2. Rocslope2概述
RocSlope2是一个用于分析岩石边坡定性的工具软件,其工作原理是根据输入的节理倾向和倾角,分析两组节理形成块体的所有组合,最后归纳为三种分析方法:楔形分析、平面分析和倾倒分析,分析方法与原来的三个工具相同。它能够进行确定性分析和概率性分析。
2.1 楔形分析
楔形分析适用于硬岩中切割的坡面,其中的不连续面是离散的(有限的)且完全平面。这种分析方法基于以下假设:
(1) 位移沿着节理发生,岩块作为刚体移动,没有内部变形或开裂。
(2) 节理的方向和范围决定了可能的节理交叉和岩块的形成(即非普遍性节理),节理如何以及是否相交将决定岩块是否可以形成,以及其几何形状和尺寸(即体积)。
(3) 在节理不足以形成封闭体积的地方,不考虑岩体强度和岩桥。
(4) 在不考虑外部荷载和支护的情况下,只有由自重引起的重力加载模拟为极限平衡分析中的驱动力,用于计算安全系数。
(5) 在不考虑外部荷载和支撑的情况下,只有沿滑动节理的剪切强度模拟为极限平衡分析中的抗力,用于计算安全系数。

2.2 平面分析

平面分析基于以下几何条件:

(1) 滑动或破坏面的走向平行或近似平行(在20°以内)于坡面。
(2) 破坏面在坡面上出露。这种情况发生在破坏面的倾角小于坡面角度时。
(3) 岩块侧面边界上存在释放面,滑动阻力可以忽略不计。
在RocSlope2的平面分析中,分析的坡面切片垂直于坡面,并假设具有单位厚度。程序执行滑动岩块的极限平衡分析。坡面或滑动体的安全系数被定义为抵抗下坡滑动的总力与引起滑动的总力之比。抗力包括滑动面的剪切强度、坡面的人工加固或其他稳定的外部力(如果存在)。驱动力包括滑动岩块重量的下坡分量、地震加速度产生的力、作用于岩块各面的水压力以及上坡面上的外部荷载。
RocSlope2中的极限平衡模型假设作用于滑动岩块上的所有力都通过岩块的重心;它忽略了倾覆力矩。当分析涉及张裂缝时,假设张裂缝与破坏面一样,其走向平行于坡面。与许多只考虑垂直张裂缝的平面楔形分析程序不同,RocSlope2还允许非垂直张裂缝。在RocSlope2中,非垂直张裂缝与水平面的倾角可以大于或小于90°。

2.3 倾倒分析

倾倒分析基于以下假设:

(1) 分析是二维的,基于坡面在平面外方向的单位宽度(即根据所选的单位系统,假设岩块重量为1米或1英尺的单位厚度计算,所有施加的力都按每单位平面外尺寸标准化,如锚杆支护力、点荷载和分布荷载)。

(2) 倾倒岩块根据坡面几何形状自动生成,假设不连续面等间距分布。

(3) 每个倾倒岩块的底部假设垂直于岩块的倾角(即所有岩块都是矩形)。

(4) 三维视图仅用于可视化目的,但需要记住分析是二维的。

(5) 虽然程序在极限平衡计算过程中考虑了单个岩块的倾倒、滑动和弯曲倾倒失稳模式,但要记住整体分析是针对岩石坡面的倾倒稳定性设计的。

3. Rocslope2重要限制和假设

使用RocSlope2程序时,在解释结果时应考虑一些重要的限制和假设:

(1) 组合分析:无论选择确定性分析还是概率性分析,RocSlope2都会嵌入组合分析。这意味着程序会分析所有可能形成岩块的两个节理的组合。

(2) 多种分析方法:程序同时产生三种分析方法的结果(楔形、平面和倾倒),每种方法都有其特定的假设和适用情况。

(3) 岩体特性:程序主要适用于硬岩中的离散节理,假设这些节理是有限的和完全平面的。

(4) 刚体假设:在楔形分析中,假设岩块作为刚体移动,没有内部变形或开裂。

(5) 节理的重要性:节理的方向和范围决定了可能的节理交叉和岩块形成。程序不考虑岩体强度和岩桥,除非节理足以形成封闭体积。

(6) 简化的力学模型:在不考虑外部荷载和支撑的情况下,只考虑重力作为驱动力,只考虑节理面上的剪切强度作为抗力。

(7) 平面分析的几何条件:要求滑动面与坡面近似平行,且在坡面上出露,同时假设侧面边界的释放面对滑动的阻力可忽略不计。

(8) 二维分析:倾倒分析是二维的,基于坡面单位宽度进行计算。

(9) 简化的岩块形状:在倾倒分析中,假设所有岩块都是矩形的,且底部垂直于其倾角。

(10) 等间距假设:在倾倒分析中,假设不连续面等间距分布。

(11) 忽略某些力学效应:例如,在平面分析中忽略了倾覆力矩。

(12) 张裂缝处理:允许非垂直张裂缝,这比一些只考虑垂直张裂缝的程序更加灵活。

(13) 局限性认知:虽然程序提供了三维可视化,但分析本质上是二维的。

(14) 水压力和地震力:程序能够考虑水压力和地震加速度的影响,这些因素被纳入了驱动力的计算中。

(15) 外部荷载:程序可以考虑上坡面上的外部荷载,这在实际工程中很常见。

(16) 人工加固:程序能够考虑人工加固措施(如螺栓支撑)对坡面稳定性的影响。

(17) 多种失稳模式:特别是在倾倒分析中,程序考虑了倾倒、滑动和弯曲倾倒等多种失稳模式。

(18) 安全系数定义:程序将安全系数定义为抗力与驱动力之比,这是岩土工程中常用的定义方式。


4. Rocslope2的注意事项

使用RocSlope2程序时的注意事项:

(1) 结果解释:鉴于程序的诸多假设和限制,用户在解释结果时应当谨慎,并结合实际工程经验和现场条件。

(2) 参数选择:输入参数,特别是节理面的方向和范围,对结果有重大影响,应基于详细的现场调查和实验数据。

(3) 多种分析方法的综合考虑:由于程序同时提供三种分析方法的结果,用户应综合考虑这些结果,而不是仅依赖单一方法。

(4) 模型局限性认知:用户应该清楚地认识到二维分析的局限性,特别是在处理复杂三维地质构造时。

(5) 敏感性分析:考虑到输入参数的不确定性,建议进行敏感性分析,以了解各参数对结果的影响程度。

(6) 与其他方法对比:RocSlope2的结果最好与其他分析方法(如数值模拟)的结果进行对比,以获得更全面的评估。

(7) 现场验证:程序的预测结果应与现场观测和监测数据进行对比和验证。

8. 持续更新:随着现场条件的变化或获得新的地质资料,应及时更新分析模型和参数。

(9) 专业判断:虽然RocSlope2提供了强大的分析工具,但用户仍需要依靠专业判断来解释结果并做出工程决策。

(10) 培训和经验:使用该程序的工程师应接受适当的培训,并具备足够的岩土工程经验,以正确使用软件并解释结果。


5. 结束语

总之,RocSlope2是一个功能强大的岩石坡面稳定性分析工具,它能够处理多种失稳模式,并考虑各种影响因素。然而,像所有工程软件一样,它基于一系列假设和简化。用户在使用这个程序时,需要充分了解这些假设和限制,结合实际工程经验和专业判断来解释和应用分析结果。同时,将RocSlope2的分析结果与其他分析方法和现场观测数据相结合,可以提供更全面和可靠的岩石边坡稳定性评估。

计算岩土力学
2024年5月8日,《计算岩土力学》建立4周年啦!
 最新文章