岩石崩落分析(Analysis of Rockfall)方法简述

1 引言

在《边坡工程---岩体边坡的破坏模式》一文中，描述了岩石边坡的四种破坏模式：平面破坏，楔形破坏，倾倒破坏和圆形破坏。此外，还有一种特殊的边坡破坏模式---岩石崩落(rockfall)。作为《边坡工程》课程的一部分，本文简要讨论这种破坏形式的分析方法，着重介绍岩石崩落的分析工具。详细描述可参考Dr. Hoek 的专著《Practical Rock Engineering》---“Analysis of rockfall hazards ”。

2 岩石崩落机理

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。

2 岩石崩落分析工具

作为课程outline，本文主要介绍岩石崩落的分析工具。

2.1 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) 。 

2.2 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) 。 

2.3 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) 

2.4 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 。

3 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。

毫无疑问，UDEC和3DEC也是岩石崩落分析可能的分析工具，参看《GIIC-UDEC操作教程(2)---岩石滚落》。

3 防止岩石崩落的措施

从风险管理的角度来看，有主动防护和被动防护两种方式。被动防护一般在沉降区或径流区采用，如使用垂直网、集水围栏、导流坝等, 目的是最大程度地控制降水诱发的岩石崩落。与此相反，主动防护可以使用岩石锚杆、边坡阻挡系统、喷射混凝土等措施。其他的主动措施可能包括改变边坡的几何形状，使边坡脱水以及重新植被等。在中国南部的山地区域，你可能会看到类似下图所示的防护结构。在加拿大，如果你驱车沿着1号公路从温哥华到卡尔加里，在两省的边界山区公路上也会看到类似的防护结构。

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