危岩体研究共性

1.5.1　危岩体研究共性

从共性上讲，地质构造、地层组合及地应力场等背景是一致的，工程地质、水文地质条件是一致的。古代石窟（石刻）及现代工程建设均是在上述条件下进行的。这样工程中使用的一些技术可以运用于石窟危岩体稳定性评价。

对于石窟崖壁的整体稳定性可以采用工程中常用的分析方法。一般情况下，在文物保护中石窟岩体整体稳定性属于历史开凿、现代开发过程中伴随出现的问题，所有石窟均存在整体稳定性问题。然而更普遍的问题是局部出现的危岩体。

危岩体失稳，工程中首先要解决的就是危岩失稳模式判断，这是危岩性稳定性分析及治理研究的基础。目前，危岩失稳模式判断尚未统一，从不同角度出发存在多种分类方案。陈明东（1999）根据受力模式将危岩失稳模式分为板梁旋滑移和悬臂压杆破坏两类；张奇华（1998）将危岩失稳模式分为8类，即蠕滑体滑移失稳、整体压陷倾斜崩塌、滑移—倾斜交错崩塌、裂隙段屈曲变形破坏、上下滑出破坏、倾斜—滑移破坏、倾斜—隐裂缝开裂—崩塌、倾斜—滑移—隐裂缝开裂—崩塌；孙云志（1994）将危岩失稳模式分为滑移和倾倒两类；陈洪凯（2002）等将危岩失稳模式分为坠落式危岩、滑塌式危岩和倾倒式危岩。

对于砂岩石窟，如云冈石窟、大足石刻等，形成危岩体的主要影响因素可分为：石窟开凿、软弱夹层的分布、天然裂隙的发育等。在上述因素作用下，石窟的破坏模式可以有多种。

危岩体稳定性分析通常采用极限平衡分析法，包括平面滑动、楔形滑移。该类方法概念明确，计算简单，是工程治理中最为常用的方法。另外一种是工程类比法，即将已有的工程经验应用于与其类似的新工程中。目前，数值分析方法在危岩体的稳定性分析中，特别是大型工程建设中，使用也比较广泛。周小丽等（2002）在塑性极限分析的基础上，采用机动位移法，提出可以用能量系数作为稳定性评价的标准，并对夹软弱层边坡的稳定性进行了分析。Hoek－Brown建立起一个用于模拟完整岩块或裂隙岩体处于破坏应力状态下的经验公式，并将其应用于极限平衡设计计算过程中，后通过扩展逐步用于数值模拟中。该理论可以较好地反映工程实际情况，目前已大量用于工程实践中。同时，该模型可以同常用的Mohr－Coulomb模型建立起参数等效关系，从而促进了各计算方法之间的对比研究。

连续介质分析法是目前的主要数值分析方法，主要包括有限单元法，如ANSYS、ADINA、ABAQUS等，以及有限差分法（Fast Lagrangian Analysis of Continua，简称为FLAC）。该类软件大大促进了岩土体稳定性分析，特别是上述软件具良好的二次开发功能，适应了对特殊条件下问题的研究。Dawson E M、Roth W H（1999）在非线性有限元斜坡稳定性分析中，通过对斜坡的岩土体强度参数黏聚力c和内摩擦角φ同时除以一个折减系数，得到一组新的c值和φ值，然后作为一组新的材料参数输入模型再进行试算，如此往复循环，直到计算不收敛时，此时斜坡达到极限状态，发生剪切破坏，同时可得到临界滑动面，此时对应的折减系数被称为斜坡的安全系数，从而直接求出滑动面位置与斜坡强度储备安全系数。该方法一经引入，结合成熟的有限元技术，被大量地用于理论和实践工作中。但该类方法主要适用对象为土质边坡、含少量节理或岩石极度破碎的岩质边坡。对于断层和层面一般可以采用接触面模型进行模拟，但效果较差，存在着收敛速度慢、破坏状态模拟较差的问题。

非连续介质分析法将岩质边坡视为由多个刚性的或可变形的块体构成的不连续体。其分析对象为由节理的法向刚度和切向刚度控制的滑动的、开放的、封闭的不连续岩体。目前应用最多的非连续介质分析法为离散单元法。Itasca咨询集团开发的离散单元法程序3DEC（3Dimensional Element Code）采用位移法确定由变形节理约束的块体间的相互作用，并运用牛顿第二运动定律分析边坡滑移。该法特别适合研究涉及裂隙介质的问题，目前已广泛应用于山石崩塌和露采边坡等工程领域。另外，一些导致块体滑动和变形的外部因素（如地下开采、地震和地下水压力）的影响也能通过它进行模拟。由石根华与Goodman（1982）提出的块体系统不连续变形分析法（Discontinuous Deformation Analysis，简称为DDA），是基于岩体介质非连续性，利用最小位能原理发展起来的一种崭新的数值分析方法，可模拟出岩石块体的移动、转动、张开、闭合等全过程，解决了块体系统严格满足不侵入和无拉伸条件下的运动形态，能够得到系统中块体大变形、大位移的准确解，对岩石力学理论基础的建立做出了重要的贡献。其在不连续岩体的滑动与崩落研究当中有独到之处。