岩石边坡平面滑动(Planar Sliding)稳定性分析

1 引言

在《边坡工程---岩体边坡的破坏模式》一文中，简要描述了岩石边坡的破坏模式，主要有平面破坏，楔形破坏，倾倒破坏和圆形破坏四种破坏模式。作为《边坡工程》课程的一部分，本文简要讨论平面破坏的分析方法。

2 平面滑动分析工具

平面破坏(Plane Failure) 或平面滑动(Planar Sliding)是一整块岩石沿着与边坡方向平行的方向产生滑动导致边坡破坏。由于平面滑动分析不涉及岩体内部的应力与变形，只是简单的静力平衡计算，因此平面滑动分析可以手算或使用EXCEL来求解边坡的安全系数。

为了减轻用户的手算工作量以及扩展分析能力，一些软件开发商发展了相应的工具软件,下面简要介绍几个目前比较好的工具软件。这些工具软件的基本分析原理都一样，只是结果呈现方式有所不同。

2.1 Rocscience-RocPlane

RocPlane是一个交互式的软件工具，用于岩石边坡平面滑动的稳定性分析和设计。RocPlane可以快速创建平面模型，并在2D和3D中可视化评估分析结果。RocPlane包含许多有用的功能，允许用户快速建立、修改和运行模型。RocPlane的报告生成功能对工程师撰写高质量的报告、专业的图纸和图表特别有用。它可以帮助边坡设计人员随时将研究结果传达给具有不同边坡工程知识的人。

2.2 Rockware-RockPack III

RockPack III适用于岩石边坡分析和设计的所有阶段，在这些阶段，岩石的稳定性受岩体不连续的方向和特征的控制。RockPack III适用于所有的岩石开挖，包括公路开挖、采石场、矿山和建筑开挖。RockPack III包括计算机化的现场数据收集、确定可能的失效类型、潜在失效的安全系数计算以及岩石锚杆或锚索支护设计等。

2.3 GEO5-Rock Stability

GEO5-Rock Stability用于分析指定类型失效的岩石边坡稳定性，包括平面或多边形滑移面或岩楔。

3 例题分析

作为一个以课程教育目的的演示，本节使用RocPlane进行一个边坡稳定性分析。边坡形状如下图所示。为了简化起见，在此我们不考虑边坡顶部的拉伸裂缝.

(1) 首先输入边坡的几何形状，边坡角50，高度60，岩石密度2.7，滑动面的角度35，不考虑拉伸裂缝和坡顶的倾斜角度。

岩石的密度可以按照下面的推荐进行选择：

(2) 其次输入滑动面的剪切强度参数，我们选择最简单的Mohr-Coulomb破坏准则，内摩擦角取35, 粘结力取10。

(3) 最后输入作用在边坡滑动面上的力，在此我们考虑了水压力和地震力，水压力的计算只需输入地下水的密度即可，按照静水压力计算；地震力的计算输入地震系数即可，计算方法与《Gravity Dam: 重力式混凝土坝地震力计算》一文中使用的方法一样。

最后计算出的安全系数是0.818425, 与Dr. Hoek的手算结果一样。更复杂的情况将在后续的文章中分析。

参考文献：

[1] E. Hoek, 2000, “A slope stability problem in Hong Kong”, Practical Rock Engineering, pp. 92-104.

[2] Miller, S.M. (1988). Modeling Shear Strength at Low Normal Stresses for Enhanced Rock Slope Engineering, Proc. Of 39th Highway Geology Symp, 346-356.

[3] W.S. Dershowitz, H.H. Einstein - Characterizing rock joint geometry with joint system models Journal Rock Mechanics and Rock Engineering, Springer Wien ISSN 0723-2632 , Issue Volume 21, Number 1 / January, 1988 Pages 21-51.

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