岩土边坡的破坏类型(C3)(Failure types of slope)

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1 引言

本文简要描述了岩土边坡的破坏类型：平面破坏，楔形破坏，倾倒破坏，圆形破坏和崩落破坏。这是《边坡工程》(C3)的其中一部分。

2 平面破坏

平面破坏(Plane Failure) 是岩体沿着一个节理面发生的平面破坏形式，主要的分析工具：RocPlane。RocPlane可以进行2D和3D分析，既可以进行确定性分析，也可以进行概率性分析。同时可以考虑地下水和外部作用力(地震力，锚固力)的影响。此外DIPS也可以进行平面破坏的稳定性分析。

3 楔形破坏

楔形破坏(Wedge Failure) 是由两组互相切割的节理面形成的破坏模式，主要的分析工具：SWedge和DIPS。与RocPlane一样，Swedge也可以进行地下水和锚固分析，同时也可以进行概率性分析。更复杂的情况可以使用3DEC来分析。

4 倾倒破坏

倾倒破坏(Toppling Failure) 是一组平行的节理朝着边坡方向发生的破坏。倾倒破坏的分析工具可以使用DIPS, UDEC，3DEC，RocTopple等。

Itasca内部开发了一个软件Slope Model, 采用了SRM, SRM允许节理滑动和张开以及完整岩石的断裂。这种分析方法从用户指定的DFN得出的节理形状，然后对节理网络内的非稳态流体流动和压力进行模拟，地下水可以在节理和岩石中流动，当新的裂缝形成时，流动网络也会自动扩展。

5 圆形破坏

圆形破坏(Circular Failure) 只有在风化严重的岩石边坡边坡中在出现，主要发生在土质边坡中，我们将基坑和土坝的稳定性分析中详细介绍。圆形破坏的分析方法可以使用极限平衡法(SLIDE，SLOPE/W), 也可以使用复杂的数值方法(FLAC, FLAC3D)。

6 岩石崩落

岩石崩落是指体积较小的分离块或系列块的自然向下运动，包括自由落体、弹跳、滚动和滑动。岩石崩落的形成受许多因素影响，例如岩体的不连续性，岩体的风化程度，地下水和地表水，冻融，外部载荷等。其中，地下水和地表水对岩石崩落的产生影响巨大，特别是今年南方许多地区除了发生泥石流之外，也出现了大量的岩石崩落，这些岩石崩落轻者阻塞了交通，重者造成了人员伤亡。地震也是引起岩石崩落的一个主要诱因，例如2008年汶川地震后周围发生了大量的岩石崩落。下面简要描述岩石崩落的分析工具。

6.1 CRSP

CRSP(Colorado Rockfall Simulation Program) 是最早系统地研究岩石崩落的分析程序。参看这篇经典论文：[1] Pfeiffer T.J. and Bowen T.D. (1989) Computer simulation of rockfalls. Bull. Ass. Eng. Geol. XXVI: 135-146. 后来FHWA在此基础上发展了CRSP-3D, 使用了离散元的基本算法来分析。CRSP目前仍然是学术研究和工程咨询的主要分析工具，特别在美国与FHWA相关的工程项目中，CRSP是指定的分析程序。不太清楚CRSP的最新发展(以后专门写一篇CRSP的介绍)，我的教学版本是4.0 (2011年) 。

6.2 RocFall

RocFall是Rocscience开发的另一个非常优秀的岩石崩落分析工具, 依靠着多伦多大学优秀的学术资源，RocFall已经发展成为一个非常强大的岩石崩落分析工具。RocFall最新的版本是8.010 (6/23/2020)，我的教学版本是4.054(2010年) 。

6.3 RocPro3D

与CRSP和RocFall的功能类似，RocRro3D是一个非常不错的分析工具，特别是它的图形可视化功能作得非常好。不太清楚目前的发展状态，我的教学版本是V5.1(2019年)

6.4 其它分析工具

也有一些其它的岩石崩落分析工具，例如STONE ( Guzzetti et al., STONE: a computer program for the three-dimensional simulation of rock-falls 2002)以及GeoStru开发的Georock.2D和Georock.3D 。

6.5 基于离散元的岩石崩落分析

前面曾经提到过，CRSP-3D(2011年)引入了离散元的基本原理进行岩石崩落分析，当然这比不上专门的离散元分析方法。下图所示的是使用PFC3D进行的岩石崩落分析。