岩崩软件回顾(Rockfall)---对NAVFAC DM 7.1的补充

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1 引言

最新发布的2022版《NAVFAC DM 7.1 Soil Mechanics》【土力学设计手册---NAVFAC DM 7.1 Soil Mechanics 2022版重大更新】涵盖了岩土工程最实用的土力学知识和技术，附录A包括了共24页(p475-p498)的参考文献，可进行扩展阅读；附录B《List of Computer Programs》(p499-p512，共13页)列出了岩土工程领域全球使用的商业性软件。这个软件列表按照软件公司的名称排列(A~Z)，尽管这个列表没有反映出最新的发展趋势，但基本上列出了大部分被业界承认和可接受的软件。

不过，有一类处理特殊问题的软件在这个列表中没有得到充分体现，那就是岩崩(Rockfall)软件，部分原因是由于这个手册侧重于土力学，没有着力关注岩石力学软件方面的研究进展。不过，尽管研究的着重点不同，但岩崩现象在地质工程、土木工程和采矿工程中都广泛地存在着。本文对岩崩软件进行了简要回顾，以此作为对DM 7.1软件列表的补充。

2 岩崩概述

岩石边坡的不稳定性往往会导致发生岩崩(rockfall)，从而对基础设施造成巨大的破坏和生命损失。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。

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岩崩是露天采矿工程和土木工程岩石边坡中经常遇到的问题，因而如何精确地预测岩崩的运动轨迹以及提出相应的防治措施是采矿工程师和岩土工程师共同面临的挑战。岩崩最核心的研究内容是预测岩石滚落的运动轨迹。在过去30多年的研究中，发展出许多岩崩分析软件。下面列出一些还在继续发展和使用的工具。

3 岩崩软件回顾

[1] CRSP

CRSP(Colorado Rockfall Simulation Program) 是最早系统研究岩石崩落的分析程序【Pfeiffer T.J. and Bowen T.D. (1989) Computer simulation of rockfalls. Bull. Ass. Eng. Geol. XXVI: 135-146】。后来FHWA在此基础上又发展了CRSP-3D，使用了离散元原理来分析。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。不过奇怪的是，在DM7.1中，对CRSP只字未提。(155项)

[2] RocFall

RocFall是Rocscience开发的一个功能非常强大的岩崩分析工具。RocFall是一个二维统计分析程序，旨在协助评估有岩崩风险的边坡。该程序能够确定整个边坡的能量、速度和 "反弹高度 "包络线以及岩石终点的位置。RocFall还可以帮助确定治理措施：可以改变每个斜坡段的材料特性，以便对结果进行比较。防护栏上的动能和撞击位置的信息可以帮助确定防护栏的能力、尺寸和位置。用户可以自定义防护栏或选择一个预定义的防护栏。防护栏敏感性分析允许用户自动改变防护栏的位置、高度、角度或能力。在DM7.1中，只提到了它的2D版本，目前已经有了3D版本RocFall3D。(477项)

[3] Rockyfor3D

与CRSP和RocFall的功能类似，Rockyfor3D(Version 5.7.8, March 11, 2021)是一个三维分析工具，用于岩石崩落的轨迹建模以及协助防护设计。Rockyfor3D采用了概率方法，既反映了块体形状的变化，也反映了岩土特性和地形的不规则性。在DM7.1中，没有提到这个软件。(34项)