阶梯路径岩桥 (Step Path Rock Bridge)

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摘要

本文探讨了阶梯路径岩桥在岩石边坡稳定性分析中的重要性。岩桥百分比是评估边坡稳定性的关键参数，其通过非贯通性节理网络模型分析潜在破坏路径上的岩桥比例来确定。研究提出了估算岩桥的新方法，通过离散断裂网络模型识别破坏路径，区分不同应力作用下的岩桥破坏。此外，岩桥节理网络和级联效应的研究也揭示了节理对岩石边坡稳定性的重要影响。利用LS-SRM模拟方法，研究了贯通和非贯通节理参数对边坡稳定性的影响，发现非贯通节理边坡的滑动区较小且浅，岩桥长度和节理倾角对边坡稳定性有显著影响。

正文

1. 引言

阶梯路径岩桥(Step Path Rock Bridge)【露天矿边坡设计和采矿岩石力学的传奇人物Richard D. Call(1934-2004)】指的是在断裂面之间形成阶梯状岩桥(非贯通性节理)的现象，它沿着边坡形成一条潜在的破坏路径。阶梯路径岩桥的百分比是分析岩石边坡稳定性的一个重要参数，其关键点可能包括：

(1) 阶梯式破坏是由于断裂面上的滑动和断裂之间岩桥的拉伸破坏共同造成的。

(2) 评估潜在破坏路径上的岩桥比例对于评估边坡稳定性至关重要，这可以通过在数值模型中加入非贯通性节理网络来实现。

(3) 岩桥百分比用于确定边坡的强度和稳定性，因为岩桥对边坡破坏具有显著的阻力。

(4) 分析阶梯路径岩桥百分比是整个边坡稳定性分析的重要组成部分，因为它有助于确定关键的破坏机制和评估边坡的整体稳定性。

2. 岩桥百分比

(2017) Step Path Rock Bridge Percentage for Analysis of Slope Stability

阶梯式边坡破坏是断裂面上的滑动和断裂之间岩桥的拉伸破坏共同作用的结果。本文介绍了一种估算岩桥的新方法，该方法采用一种搜索算法，通过离散断裂网络(DFN)模型来识别潜在的破坏路径，DFN模型更真实地反映了断裂的空间模式，具有真实的断裂尺寸、强度变化和产状，该方法可区分在剪切应力作用下和在拉伸应力作用下破坏的岩桥，无需进行复杂的数值模拟，即可对多个边坡断面进行分析，提供岩桥百分比和边坡稳定性的概率评估。由此得出的阶梯路径"岩桥百分比"也可作为各向异性岩体强度应用于传统的连续性方法。

3. 岩桥节理网络

(2019) Numerical investigations of rock bridge effect on open pit slope stability

本研究通过在数值模型中加入非贯通性节理网络，研究了岩桥对岩石边坡稳定性的影响，分析了一个露天矿的重要剖面。为了模拟岩石裂缝，使用了无限长和有限长的平行确定性网络、ubiquitous节理网络和Veneziano节理网络。材料模型基于广义Hoek-Brown 和等效Mohr-Coulomb破坏标准，结果显示，平行确定性无限模型和ubiquitous节理网络模型产生了较低的安全系数。在平行确定性网络模型和Veneziano节理网络模型中，沿不连续面引入岩桥极大地促进了稳定性和应变分布。研究结果表明了节理在硬岩行为中的重要作用，应将节理包括在内，以实现实用和真实的模拟。

4. 岩桥级联效应

(2021) Cascade effect of rock bridge failure in planar rock slides - numerical test with a distinct element code

沿倾斜节理的平面破坏是岩石边坡运动的一种典型机制。在评估边坡稳定性时，潜在破坏面上岩桥的数量、大小和位置至关重要。然而人们还没有全面了解岩桥破坏现象本身。本文研究了岩桥破坏导致灾难性块体滑动的传播级联效应，并强调了岩桥位置对滚落破坏模式(剪切或拉伸)的影响。采用UDEC进行了数值模拟，以评估位于倾角为 40° 或 80° 的倾斜节理上的10m^3 岩块的稳定性。采用莫尔-库仑破坏准则，并考虑到破坏岩桥向周围岩桥的应力传递，模拟了岩桥的渐进破坏过程。描述了破坏过程的两个阶段：(1) 岩桥破坏沿节理稳定传播；(2) 岩桥破坏不稳定传播(级联效应)，直至岩块滑落。此外，还确定了岩桥的最关键位置，当倾角为 40°时，该位置相当于岩块的顶部；当倾角为 80°时，该位置相当于岩块的底部。

5. LS-SRM

(2024) Numerical Investigation for the Effect of Joint Persistence on Rock Slope Stability Using a Lattice Spring-Based Synthetic Rock Mass Model

这项研究强调了岩石节理(包括贯通节理和带有岩桥非贯通节理)对岩体稳定性和行为的影响，这是岩石边坡稳定性的一个重要考虑因素。本研究利用LS-SRM (Lattice Spring-based Synthetic Rock Mass)模拟方法，了解贯通和非贯通节理参数对岩石边坡稳定性的影响。Slope Model是一个基于合成岩体SRM方法的程序，用于研究倾角、间距、岩桥长度和迹长重叠等节理参数。结果表明，与完全贯通节理的边坡相比，非贯通节理边坡的滑动区更小更浅。研究发现，节理倾角在很大程度上影响了非共面岩桥边坡的破坏模式，较小的节理倾角导致拉伸破坏，而较陡的节理倾角则导致剪切-拉伸破坏。节理间距较宽的边坡表现出较深的破坏区和较高的安全系数，而较长的岩桥长度则增强了边坡的稳定性，并导致较低的破坏区。节理迹长的重叠对边坡稳定性和破坏机制没有明显影响。

[1] (2019) Investigation of mechanical properties and crack propagation in pre-cracked marbles using lattice-spring-based synthetic rock mass (LS-SRM) modeling approach.

[2] (2020) Slope stability assessment of an open pit using lattice-spring-based synthetic rock mass (LS-SRM) modeling approach.

[3] (2022) Upscaling the Mechanical Properties of a Fractured Rock Mass Using the Lattice-Spring-Based Synthetic Rock Mass (LS-SRM) Modeling Approach - Comparison of Discontinuum, Continuum and Empirical Approaches.

来源：计算岩土力学