岩体块体理论
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将岩体视为由大量岩块构成的集合体,并对其进行平衡稳定分析的理论。由于各种结构面(软弱夹层、裂隙、节理等)的存在,岩体并非一个均质的整体,而是被结构面切割成形态各异的岩块的集合体。在自然状态下,这些空间块体处于静力平衡状态。当进行边坡、地基以及地下洞室的人工开挖,或对岩体施加新的荷载后,使暴露在临空面上的某些块体失去原始的静力平衡状态,因而造成某些块体首先沿结构面滑移、失稳,进而产生连锁反应,造成整个岩体工程的破坏。由于结构面相对薄弱,一般会首先破坏,块体理论就是基于岩体的这一破坏特点,于20世纪80年代发展并完善起来的一种岩体工程稳定分析方法。它根据岩块的拓扑结构研究其有限性和可动性,再由可动岩块的静力平衡条件找出关键岩块,评价其稳定性。
块体理论中有两个基本定理,即有限性定理和可动性定理。
可动块体的受力图
有限性定理
设某凸块体由几个半空间的交集构成,平移各半空间面使之通过坐标原点而形成棱锥。若棱锥为空集,则相应的凸块体有限;反之,凸块体为无限。
可动性定理
若由结构面和临空面共同构成的块体锥有限,而仅由结构面构成的裂隙锥无限,则相应的块体可动。
块体理论的核心就是找出临空面上的
假设可动块体的受力情况如图所示,它要满足力的平衡方程
式中,
块体理论概念清楚,方法简单,运用起来十分方便,适合于块状结构岩体的稳定分析。在边坡和洞室工程中,可用来选择最优的边坡走向和倾角,优选洞轴线方向和断面形状,确定不稳定岩块的坍塌形式及加固措施的锚固力。对采矿工程,可选择最优开挖方向,以求最佳开挖效果。它的不足之处是只考虑了岩块的平衡条件,没有考虑岩块和结构面的变形。在块体理论的基础上,又先后出现了一些分析岩体稳定性问题的方法,如块体单元法和DDA(非连续变形分析)法等。