孤立的刚性块体分析(block analyze-stability) (2)

1 引言

安全系数计算除了使用命令model factor-of-safety和block factor-of-safety(UDEC)之外，在3DEC中有一个特殊的命令block analyze-stability用来计算孤立的刚性块体的安全系数[孤立的刚性块体分析(block analyze-stability) (1)] 。与典型的3DEC模型相比，使用这个命令的好处是优点是不需要“solve”，可以即时得到结果。此外，典型的3DEC模型需要考虑开挖的边界效应，将边界设置在远离开挖边界(典型的模型尺寸是开挖尺寸的3倍左右)，而使用这个命令可以设置较小的模型。模型边界不需要放在离开挖点很远的地方，因为只有块体的几何形状和原岩应力影响计算结果。

2 输入条件

下面使用这种方法分析一个四面体块体的稳定性。该块体 位于半径R=5m、深度为200m的圆柱形开挖的顶部，岩石密度ρ=2500kg/m3。该块体由三组节理与隧道顶板构成，三组节理的倾向分别为0°、120°和240°，倾角均为60°。节理强度性质为 ϕ=35°，c=0MPa。这个问题可以使用Unwedge求解(构造控制的隧道稳定性分析---Rock Wedge)。为了使用block analyze-stability命令求解，必须满足以下条件:

(1) 定义一个块状模型并对其进行网格划分

block create brick -10. 10. -10 10 -10 10block group "rock_mass"block cut tunnel table-1 '1' table-2 '1' axis 0,-10,0 0,10,0 ...                                         radial group "tunnel"block cut joint-set dip 60. dip-dir 0. origin 0. 0. 7.block cut joint-set dip 60. dip-dir 120. origin 0. 0. 7.block cut joint-set dip 60. dip-dir 240. origin 0. 0. 7.block zone generate edgelength 0.5

(2) 定义原岩应力

model gravity 9.81block insitu topo ratio-x 1 ratio-y 1 overburden [-190*9.81*2500e-6]

(3) 对块体的自由面定义一个组名

block face group "free" range group-intersection "rock_mass" "tunnel"block delete range group "tunnel"

(4) 定义节理性质

block analyze-stability free-face 'free' ...  stiffness-normal 10000 stiffness-shear 1000 cohesion 0 friction 35

3 计算结果

安全系数显示在控制台内，隧道围岩分离的块体 (isolated_block)由47,74,80,104,128,156组成，除了128号块体的最小安全系数Fos-Min=1.1588外，其余块体的最小安全系数均为10，128号块体 位于隧道顶部。各个块体的安全系数也可以使用FISH函数block.face.fos.kinematic(bpf)获得。块体的平均安全系数Fos-mean通过关键字block-extra来储存。

为了显示计算结果，首先添加Block-Face Uniform绘图，在Range内增加Group, 默认情况下，Group显示"free"组和"internal_face"组，隐藏所有的块体，这样只剩下隧道表面组，如下图所示；block analyze-stability的安全系数储存在Block的属性Kinematic FOS内，在Range内增加Group, 除了128号块体之外，隐藏所有其它的块体，这样只显示128号块体的安全系数。