|
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关键块体。所谓关键块体，即在外荷载和块体自重作用下，由于滑移面上的抗剪强度不足以抵御滑动力而将失稳的块体。在块体理论中先运用有限性定理判别块体是否有限，运用可动性定理判别块体是否可动，然后对可动块体进行力学分析，进一步判断哪些块体是真正的关键块体。 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，
为可动块体上主动力的合力；Ni、T分别为滑动面i上的法向反力和切向摩擦力；F为滑动面i上虚设的切向净滑动力；
为滑动面i上的单位法向量；
为滑动面i上的单位切向量。若F＜0，则块体处于平衡状态；若F＞0，则该可动块体为关键块体。此时块体的运动形式有3种：脱离、单面滑动和双面滑动。
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。
|
