连锁破坏性关键块体的确定方法

Key-block theory is widely applied in the study of rock block identification, stability assessment and rock excavation support design. But, one of the major problems of this theory is that all key blocks are not necessarily critical. Key-blocks may be divided into two kinds, some of them have no effect on neighboring blocks when they move, and other of them may initiate a chain movement in the adjacent blocks. This study calls the blocks whose movement causes a chain movement as chain-movement blocks. Chain-movement blocks should be the first priority in block investigation. Chain-movement blocks can destroy the total stability of rock mass,and this is one of the major thrust of key-block theory for its founder. This study presents a new method to analyze the removability of blocks, taking into account of the effects from their adjacent blocks. Thus, this method can determine chain-movement blocks. This study will enhance the development of block theory, and provide a useful tool for support design of practical rock excavation.

关键块体理论是国内外研究岩石块体的识别、稳定性评价、支护设计时广泛采用的理论之一。但这一理论始终存在的一个较大问题是"关键块体"未必"关键"：关键块体有两种很不同的类型，某些块体的移动只是这些块体自身的移动,而另一些块体的移动却可能破坏块体间的相互制约而引起周围块体的连锁性失稳，目前块体理论还不能区分这两种块体。本项目把那些由于自身移动而导致周围块体失稳从而破坏岩体整体性的块体称为连锁破坏性关键块体。连锁破坏性关键块体应该是稳定性评价﹑支护设计时的优先考虑对象。连锁破坏性关键块体会破坏岩体的整体性，这种机制是块体理论创始人提出关键块体理论的主要动力之一，但目前的块体理论还没有连锁破坏性关键块体的确定方法。本项目提出一种新的可以考虑块体间的相互影响的块体可移动性计算方法，找出连锁破坏性关键块体，理论上丰富发展块体理论，实际工程中为岩体开挖和加固工程的优化设计提供理论依据。

关键块体理论是国内外研究岩石块体的识别、稳定性评价、支护设计时广泛采用的理论之一。但传统关键块体理论对各个块体的分析是独立进行的，不考虑相邻岩体对块体可移动性和稳定性带来的影响。本项目提出了一种新的可以考虑块体间相互作用的块体可移动性计算方法，该方法可以分析各个块体失稳后对其相邻块体稳定性造成的影响。本研究在原有块体识别算法的基础上增添了模拟曲面裂隙的功能，使其可以同时识别由平面裂隙和曲面裂隙所生成的块体，同时还实现了严格运算方法，通过引入有理数运算解决了块体识别过程中因计算误差而引发的程序不稳定性问题，使用该方法模拟的裂隙可以呈现任意形状，并且可保证所识别块体的正确性。本项目在分析连锁垮落块体的过程中首先寻找内嵌块体集合和锁定块体集合，这些块体集合中的块体在后续的分析过程中被视为一个整体。随后根据各个块体之间的位置关系建立了块体邻接关系图，并通过该邻接关系图跟踪块体垮落过程中新生成的自由面，从而寻找新的可移动块体。通过这种方式，可以模拟每个块体失稳后所发生的连锁垮落现象，找出连锁破坏性关键块体。该方法可以寻找真正“关键”的块体，丰富发展块体理论，并为岩体开挖和加固工程提供更合理的理论依据。