地下开挖岩石楔形体稳定性分析(Rock Wedges stability)

1 引言

对于硬岩来说，与深部开采引起的地压问题不同，浅埋岩体的稳定性主要受地质构造的影响，因此岩石楔(rock wedge)的形成对边坡或地下开挖的稳定性占主导作用。在【5个台阶规模的稳定性分析工具(bench scale stability)】中讨论了露天采矿台阶岩石楔稳定性的分析方法，硬岩开挖的顶板冒落大部分是由楔形体破坏引起的，因此本文讨论和总结了地下开挖岩石楔形体的分析方法，主要的应用场景是山区的岩石隧道开挖(土木和水利)和硬岩地下采矿开挖。本文主要分为以下几个部分：

(1) 楔形体破坏机理；

(2) 分析方法和工具回顾，增加矢量稳定性分析、Fracman和JBlock分析；

(3) 3DEC楔形体分析block analyze-stability；

(4) UnWedge楔形体分析。

2 破坏机理

在深度相对较浅的节理岩体中进行地下开挖，最常见的破坏类型是楔形状(wedge)岩体从顶板上掉落或从侧壁上滑出(片帮)。这些楔形体由相交的构造节理形成，将岩块分隔成离散但又相互交错的块状体。当地下开挖形成自由面时，消除了来自围岩的约束，这些楔块中的一个或多个就会掉落或滑动，除非在开挖后立即采取支护措施，否则围岩的稳定性会迅速恶化。每一个岩石楔如果允许其掉落或滑动，都会导致岩块的约束和互锁减少，这反过来又会引起其他岩石楔掉落。这一破坏过程将继续下去，直到形成岩块的自然拱或者开挖区域被掉落的岩块填满。