岩石楔形体的组合分析(Combinations Analysis)

1 引言

通常四面体的岩石楔只能由两个节理方向的交点和一个可选的拉力裂缝形成，不能同时考虑两个以上的节理面。无论是确定性分析(Deterministic Analysis)【岩石边坡工程课程---楔形滑动(Wedge Sliding)分析(C8)】还是概率性分析(Probabilistic analysis)【边坡楔形体稳定性分析(Wedge Stability Analysis of Slope)】，一次只能分析一个楔形体。不过，在实际边坡的测绘中，我们测量的可能是许多节理面，在这种情况下，为了找出楔形体的最小安全系数，需要运行组合分析(Combinations analysis)，组合分析对所有输入的节理面数据进行两个节理所有可能的组合，即C(n,2)。节理数据可以手动输入，也可以使用Excel粘贴，或者从Dips导入。可以定义一组或两组产状数据。如果定义了两组产状数据，则它们可以有不同的强度属性，使用每组中的一个节理分析所有可能的组合。

2 组合分析

一个高度为20m的岩石台阶边坡，边坡倾向180°，倾角65°，坡顶倾向与边坡倾向相同，坡顶倾角0°。从Dips导入356条节理数据，节理强度使用Barton-Bandis模型【岩体不连续的剪切强度 | Barton-Bandis Model】，JRC=7, JCS=50MPa，phir=25°，共产生出63190个组合，不过有效的楔形体仅有23982组，计算结果显示有1158个楔形体的安全系数小于1，其余的楔形体显示稳定状态。最小的安全系数为0.66，(combination analysis.swd7)。

3 限制楔的尺寸

上述计算假定边坡长度和节理长度是无限的，因而组合出的许多楔形体实际上是不真实的，只是数学意义上楔形体，为此需要限制楔形体的尺寸。限制楔形体尺寸的方法包括：

(1) 设置边坡长度=30m

(2) 设置坡顶宽度=10m

(3) 设置最小楔形体的重量=0.001MN

前两项设置用来限制楔形体的尺寸，超过这些限制的楔形体会缩小以适合边坡的尺寸。不过，这些楔形体不会从分析中移除并被设置为无效楔形体，它们只是被重新调整大小，使其适合于边坡尺寸。在设置了上述限制后，最小安全系数变为0.72，有效楔形体个数由原来的23982个变为23862个。最大迹长为27.44m，有1101个楔形体的安全系数小于1。

4 节理贯通

节理贯通是平面内节理的最大长度。除了上述使用边坡尺寸限制楔形体的尺寸外，也可以使用节理贯通(Joint Persistence)【岩体不连续贯通度(discontinuity persistence)的窗口取样方法】或迹长限制楔形体的尺寸，这个过程称之为Scale Wedge。把两组节理的最大贯通均设置为10m，在这种情况下，计算的安全系数为0.81，安全系数值得到了进一步提高。有效楔形体个数变为23448个，发生破坏的楔形体变为616个，最小安全系数楔形体的尺寸没有延伸到边坡的全部高度、长度或宽度，而是被缩小以满足节理贯通条件。