Rocscience RocSlope2如何验证黑山楔形破坏分析的实际效果

在黑山蒂瓦特（Tivat），工程师对一处高达15米的层状石灰岩开挖边坡的稳定性进行了调查。该边坡存在交叉节理组，明显具有楔形破坏的潜在风险。研究团队的目标是了解地震荷载、水压及不同锚固方案对边坡安全系数的影响。该研究最初是使用Rocscience SWedge软件进行的，本文中我们使用Rocscience RocSlope2重新构建了该研究，以验证其在复制和拓展确定性楔形分析方面的能力。以下将介绍原始研究结果，并展示RocSlope2如何在所有工况下与原始结果保持一致。

地质背景

蒂瓦特位于黑山沿海多山地区，为更好地理解该地区的崩塌与不稳定性问题，工程师评估了层状石灰岩边坡中楔形破坏的风险，这对于建筑、桥梁、大坝及矿山的建设具有重要意义。研究对象为一处高15米的开挖边坡，坡面陡峭，存在交叉节理组，具有典型的不稳定特征。边坡走向为250°，倾角为82°；识别出的节理组分别为145°/80°和220°/65°，具有形成楔形体的典型条件。

由于该区域易受强降雨和地震影响，工程团队需量化除了几何形态外，水压、地震荷载及加固方式对楔形稳定性的影响。

RocSlope2楔形破坏分析

图1.RocSlope2中的边坡几何模型及形成的楔形体（左）与测得节理组的极投影图（右）

挑战

研究人员的目标是分析实际工况中各因素（如节理内局部水压及地震作用）如何影响陡峭石灰岩边坡的楔形稳定性。他们的分析超越了传统的干燥静态条件，模拟了更加复杂的场景，并探讨了主动与被动锚固系统对安全系数的影响。

此外，研究还比较了不同节理抗剪强度模型（线性Mohr-Coulomb准则与非线性Barton-Bandis模型）对设计结果和加固需求的影响。

图2.应用水压和地震荷载的楔形分析

解决方案

原始分析使用SWedge软件完成，研究团队通过实测数据与Dips软件中的极投影法构建了楔形几何、水压、地震荷载及锚杆性能模型。结果显示，在地震条件下安全系数下降显著，稳定边坡所需的加固力也大幅增加。

我们在RocSlope2中重建了该模型，借助其现代化分析工具和优化的界面，得到的分析结果与原始研究完全一致，验证了RocSlope2在该类分析中的有效性。

图3.研究论文中的SWedge分析结果（上）及RocSlope2重建模型（下）

分析结果

参数研究表明，节理中附加水压、地震力及加固设计对楔形稳定性的影响极大。在无锚固支护情况下，楔形体在静态和地震条件下均不稳定（湿态下安全系数Fs=0.99，地震作用下Fs=0.78）。主动锚杆显著提高了稳定性，总锚固力为200kN时，干燥静态条件下Fs提高至1.55，地震作用下Fs为1.12。

相比之下，被动锚杆需提供多达800kN的总锚固力，才能在相同地震工况下达到Fs=1.02，是主动锚系统所需力的四倍。当采用Barton-Bandis非线性准则代替Mohr-Coulomb模型时，达到Fs=1.00所需锚固力同样增至四倍，表明剪切强度模型选择对加固设计具有重大影响。

RocSlope2可快速进行此类对比分析，具备直观的三维可视化界面及可自定义的锚固参数，使工程师能在保证严谨性的同时，高效探索多种边坡稳定工况。

分析工况汇总表

表1.楔形稳定性分析工况一览。右侧列出使用SWedge和RocSlope2得出的安全系数，用于对比验证

图4.地震加载（干燥条件）下的楔形破坏分析图

结论

现代岩石边坡设计远不止几何构造的简单分析。当涉及地震力、水压及不同的节理抗剪强度行为时，RocSlope2能为工程师提供关键洞见，帮助理解楔形体的形成机制及最优加固策略。

通过对SWedge模型的再现，RocSlope2证明了其在确定性楔形分析中的可靠性与高效性。无论是科研用途还是工程实际应用，该软件都能助力工程师在复杂地质条件下做出更安全、更科学的决策。

图5.考虑水压、地震荷载与主动锚杆的楔形破坏分析图

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