邊坡工程的案例
[重點]巖石邊坡工程課程---邊坡工程分析與設計(C4)
1 引言
對于任何工程學科來說, 分析和設計是一個互逆的過程, 使用的基本原理和步驟相同. 但露天采礦邊坡與土木工程邊坡的不同之處在于采礦工程的邊坡是動態的, 在采礦運行過程中需要根據實際狀況調整邊坡角和臺階高度, 例如針對礦區內不同的巖體結構設計不同的邊坡角,或者把原設計的多個臺階合并成一個臺階等等, 因此分析和設計幾乎是同步進行的. 這個筆記簡要總結了C4的核心內容, 著重描述邊坡工程分析普遍的步驟和方法, 不涉及太多技術細節, 通過這節課, 能夠讓學生在頭腦中形成一個"big picture".
2 邊坡穩定性分析步驟
簡言之, 邊坡穩定性分析的基本步驟簡述如下:
(1) 盡最大可能獲得項目信息, 例如圖紙, 載荷, 高程等;
(2) 室內文獻回顧, 查看鄰近場地是否做過類似的工程, 包括研究鄰近場地的巖土工程勘察報告以及地圖(Google Earth)和照片解釋[航空照片解釋].
(3) 現場考察, 巖土工程術語稱為踏勘, 如果情況允許,最好與甲方人員一起踏勘,有問題能夠及時讓甲方知道和解決. 查看現場地貌, 查看鉆機進入場地的可能性, 地下管線,空中線路,人工回填等, 填寫踏勘檢查表(Field Visit Checklist). 如果有無人機可以拍些全局照片為將來分析使用.
(4) 結合現場考察情況和項目預算制定現場勘察計劃和實驗室試驗計劃, 如果在有限的資金情況下無法取樣和試驗, 那只能充分發揮巖土工程師的技術才能, 對場地進行詳細的工程地質調查, 然后利用受教育的猜想(Educated Guess)和工程判斷力[Terzaghi和Peck的科學哲學思想]獲得巖體物理力學參數和對邊坡是否穩定整體的把握. 對于有經驗的巖土工程師, 在大多數情況下不需要分析計算就能粗略地判斷出一個邊坡是否穩定.
展開 巖石邊坡工程大數據處理---階段性總結(R1)
3.4 訓練自己的模型
這是本項研究最激動人心的部分，基于GPT-2的預訓練集，我們已經產生出一個微調的GeotechSet數據集，能夠應用在巖土工程領域特別是巖石邊坡工程領域中。
4 結束語
這個筆記簡要描述了巖石邊坡工程大數據處理目前所作的工作，這也是階段研究報告的基本框架。目前正在修改與完善之中，最終稿爭取控制在150頁以內。
巖石邊坡工程課程---圓形破壞[極限平衡法(Limit Equilibrium Method)] (C11)
巖石邊坡工程課程---平面滑動(Planar Sliding/Wedge)穩定性分析(C7)
巖石邊坡工程課程---楔形滑動(Wedge Sliding)分析(C8)
巖石邊坡工程課程---傾倒破壞(Toppling Failure)分析(C9)
巖石邊坡工程課程---巖石崩落分析(Rockfall Analysis) (C10)
邊坡的整體破壞(global failure)分析需要使用數值方法，最典型的有三大類方法：極限平衡法，極限分析法和各種各樣的數值模擬法，極限分析法和數值模擬法(FEM,BEM，DEM等)超出了本課程的范圍，在此我們只討論極限平衡法(Limit Equilibrium Method, LEM)。
2 LEM的特點
歷史上，極限平衡法與圓形破壞緊密地聯系在一起，這是由于極限平衡法最初是在土力學領域提出的，而土邊坡的破壞形式大部分近似于圓形破壞，如下面視頻所示的土壩破壞。
從巖土工程視角看本周美國水壩的損壞
不過這不意味著破壞面是個真正的圓弧。隨著計算理論的不斷發展和改進，現在極限平衡法能夠處理折線形的破壞面，因而為分析巖石邊坡穩定性提供了新的途徑，例如【使用BLOCK算法搜索邊坡的最小滑動面。】極限平衡法的優點是計算速度快，操作簡單，結果直觀，因而深受實踐的巖土工程師的喜愛。極限平衡法的缺點是預設了破壞面，不考慮巖土體的應力應變關系，因而只能求出安全系數，不能得到位移。
全面回顧極限平衡法的歷史不是本筆記和本課程的目的，主要原因是：(1) 學時所限(僅2個學時); (2) 工程應用。對于大多數實踐的巖土工程師來說，明白極限平衡法的分析思路即可，不必去追求細節，雖然不同假設(下面具體討論)計算出來的安全系數略有不同，但fos=1.51和fos=1.49對于工程設計來說沒有任何差異。
展開 巖石邊坡工程的數據挖掘(Data Mining)
非結構化的文獻快速聚合: Synthetic Rock Mass
公眾號文章的自我聚合: 巖橋(Rock Bridge/Step-Path)
畢業論文查重就是一個坑
巖石邊坡工程大數據系統設計
Data Mining---巖土工程的數據挖掘
巖石邊坡工程課程---邊坡破壞的原因(C3)
1 引言
在<巖石邊坡工程課程---邊坡破壞模式(C1,C2)>的基礎上, 這個筆記簡要總結了C3的核心部分---邊坡破壞的原因, 即邊坡穩定性的影響因素. 本質上來說,這是一個非常寬廣和需要深入討論的話題, 但在有限的時間內不能覆蓋所有內容, 僅從與后面課程內容銜接的角度講授了最重要的部分.
2 邊坡破壞的原因
影響邊坡穩定性的因素有內在因素與外在因素兩個方面。內在因素包括組成邊坡巖體的性質、地質構造、巖體結構、地應力(構造應力)等，這些因素常常起著控制和主導作用; 外在因素包括地表水和地下水的作用、地震、風化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷載等。此外, 邊坡外形既是內因也是外因. 除了這些總的論述外, 本次課程把重點集中在節理巖體性質和地應力這兩個方面.
3 節理巖體的性質
對于原巖應力較小的淺層節理巖體，原巖本身破壞的可能性較小，主要的破壞模式是沿著不連續面發生滑動，因此巖體結構控制著邊坡穩定性. 首先回顧了工程地質學的基礎概念: 走向,傾向,傾角, 接著著重講解了節理間距, 節理長度, 粗糙度以及節理內的充填物等影響邊坡穩定的關鍵因素. 一些擴展討論參看下面的鏈接.
展開 Bilingual Learning---巖石邊坡工程雙語教學的構想: 方法論和技術
總之，通過這個改進的雙語課程學習模式，不僅能讓學生在有趣的教學環境下學習到邊坡工程的專業知識，同時也能夠快速提高學生的英文水平和邏輯思維能力，并能在短時間內掌握閱讀本課程英文文獻的技巧。
巖石邊坡工程課程---工程巖體分類[Engineering Rock Mass Classification](C5)
而Hoek 則建立了RMR, Q和GSI之間的關系用來表示巖體質量指標與巖體強度及變形模量之間的定量關系，參看[工程巖體分類的簡要回顧]。
6 結束語
事實上, 還有許多優秀的工程巖體分類系統, 例如在自然崩落法中廣泛應用的MRMR分類系統和空場采礦法中廣泛應用的Mathew方法, 以及RMS系統[工程巖體分類RMS(Rock Mass Strength)]和RMi系統[巖體強度計算: RMi---Rock Mass index], 限于時間關系, 不再贅述. 此外, SSGeotech數據集目前共有65,000篇論文, 主要集中在采礦巖石力學和巖石邊坡穩定性領域.
展開 巖石邊坡工程課程---傾倒破壞(Toppling Failure)分析(C9)
1 引言
在先前的課程中，討論了平面滑動和楔形滑動安全系數的計算方法【巖石邊坡工程課程---平面滑動(Planar Sliding/Wedge)穩定性分析(C7)；[重要]巖石邊坡工程課程---楔形滑動(Wedge Sliding)分析(C8)】，這節課(C9)討論傾倒破壞(Toppling Failure)的分析方法。傾倒破壞除了出現在一些懸崖峭壁的地形外，露天采礦邊坡通常也會發生這種形式的破壞，一個典型的例子是Chuquicamata礦西幫邊坡發生的傾倒破壞【Chuquicamata(丘基卡馬塔)露天礦巖石力學研究】，Rapiman(1993)分析了發生破壞的原因，可能是邊坡面和臺階巖體裂縫拉伸發展導致的；作為Itasca的咨詢項目，Board等人(1996)使用FLAC和UDEC對這個破壞進行了數值模擬。
因為傾倒破壞會出現多種破壞型式，所以沒有單一的求解方法。這節課的內容只要求理解傾倒破壞的各種具體類型，分析方法特別是數值模擬部分涉及到多個領域先進的理論和技術，已經超出了本課程的范圍，作為一般了解即可。
2 傾倒破壞的類型
傾倒破壞(Toppling Failure)的概念最初由Goodman and Bray在上世紀70年代提出, 意指一組平行節理的巖體朝著邊坡方向發生的傾覆。按照Goodman and Bray(1976)的分類, 傾倒破壞可以分為三種形式: (a)塊體傾倒(Block Toppling); (b)屈曲傾倒(Flexural toppling); (c)塊體屈曲傾倒(Block flexure toppling)，如下圖所示。
展開 [重要]巖石邊坡工程課程---楔形滑動(Wedge Sliding)分析(C8)
1 引言
露天采礦邊坡與土木工程邊坡的一個顯著區別是露天采礦邊坡是由連續的臺階組成,因此臺階的設計對邊坡整體穩定性至關重要。在整個設計過程中, 需要使用各種各樣的分析方法和軟件, 從極限平衡法(SLIDE, Slope/W)到連續性的數值分析(FLAC, FLAC3D, RS2)再到不連續的數值分析(UDEC, 3DEC)。通常使用極限平衡法(條分法)分析整體邊坡的穩定性，而臺階的穩定性主要受平面滑動和楔形滑動控制，露天采礦臺階的破壞主要有三種型式: 平面破壞, 楔形破壞和巖石墜落，因此臺階設計(Bench Design)通常以巖石結構數據為基礎，因為使用連續性分析方法(例如SLIDE, FLAC)有時會導致安全系數太小, 不能真實地評價臺階的穩定性, 所以基于平面分析(RocPlane)和楔形分析(SWedge)的概率分析方法是最臺階設計最常用的設計方法。《巖石邊坡工程課程---平面滑動(Planar Sliding/Wedge)穩定性分析(C7)》已經討論了平面滑動的分析方法，這一節課討論楔形滑動(Wedge Sliding)的分析方法。
楔形破壞(Wedge Failure) 是由兩組互相切割的節理面形成的破壞模式，一個楔形體由兩組節理面，邊坡頂面以及邊坡面四部分組成，因而形成一個四面體。楔形滑動的計算原理與平面滑動的計算原理相同，只不過計算塊體的體積以及力的分解更麻煩一些。
2 簡單的教學演示
在通過大量實例照片(采礦工程和土木工程)分析了楔形滑動的原理和計算方法后，給出了一個簡單的教學例子，顯示如何計算楔形滑動的安全系數。
從上圖可以看出，一個楔形體模型由兩組節理面，邊坡頂面以及邊坡面四部分組成。 因此需要輸入這四個面的傾角和傾向。
接著需要輸入兩組節理面的粘結力和內摩擦角以及邊坡高度和巖石密度.
展開 Updated---邊坡穩定性概率分析數據集(Probabilistic Approach)
1 引言
隨著計算巖土力學技術的發展，邊坡穩定性的概率分析技術越來越多地在實踐中得到了應用。在過去三年的邊坡工程課程教學中，逐漸進化出一個完善的邊坡穩定性概率分析數據集，包括多種先進的計算工具。
巖石邊坡穩定性概率分析
巖石邊坡楔形體穩定性概率分析(3)---節理剪切強度的隨機分布
巖石邊坡楔形體穩定性概率分析(Probabilistic Analysis)---Part 2
巖石邊坡楔形體穩定性概率分析(Probabilistic Analysis)---Part 1
巖石邊坡平面滑動的概率分析
巖石邊坡工程課程---巖體物理力學參數的經驗估算(C6)
《邊坡工程》課程總結
[重點]巖石邊坡工程課程---邊坡工程分析與設計(C4)
巖石邊坡楔形體穩定性概率分析(3)---節理剪切強度的隨機分布
邊坡穩定判別準則---安全系數FOS和破壞概率POF
貝葉斯定理(Bayes theorem)確定邊坡破壞的概率
最新的課程設計更新(SSGeotech, 77648)和優化了文獻數據，包括按照時間順序對文獻進行了重新排列，增加了Slope/W, Plaxis LE 和 SoilWorks的算例，比較了各種強度模型和概率模型以及各種計算工具的優缺點，特別強調了如何在實際的工程項目中建立模型以及如何解釋計算結果。
有一點兒需要說明的是自從Baecher【Baecher G.B. 第59屆太沙基講座 (TL59): 巖土風險和可靠性分析】提出巖土可靠性分析(Reliability Analysis)以來，一些研究者喜歡使用"可靠性"這個術語。不過，盡管破壞概率和可靠性可以相互轉換，但是在邊坡穩定性分析領域中，我們仍然偏愛使用簡單易懂的"破壞概率"評價邊坡的穩定性。
展開 ANSYS強度折減法邊坡穩定分析實例
邊坡指地殼表部一切具有側向臨空面的地質體，是坡面、坡頂及其下部一定深度坡體的總稱。坡面與坡頂面下部至坡腳高程的巖體稱為坡體。
傾斜的地面稱為斜坡，鐵路、公路建筑施工中，所形成的路堤斜坡稱為路堤邊坡；開挖路塹所形成的斜坡稱為路塹邊坡；水利、市政或露天煤礦等工程開挖施工所形成的斜坡也稱為邊坡；這些對應工程就稱為邊坡工程。
對邊坡工程進行地質分類時，考慮了下述各點。首先，按其物質組成，即按組成邊坡的地層和巖性，可以分為巖質邊坡和土質邊坡(后者包括黃土邊坡、砂土邊坡、土石混合邊坡)。地層和巖性是決定邊坡工程地質特征的基本因素之一，也是研究區域性邊坡穩定問題的主要依據.其次，再按邊坡的結構狀況進行分類。因為在巖性相同的條件下，坡體結構是決定邊坡穩定狀況的主要因素，它直接關系到邊坡穩定性的評價和處理方法。最后，如果邊坡已經變形，再按其主要變形形式進行劃分。即邊坡類屬的稱謂順序是:巖性— 結構—變形。
邊坡工程對國民經濟建設有重要的影響：在鐵路、公路與水利建設中，邊坡修建是不可避免的，邊坡的穩定性嚴重影響到鐵路、公路與水利工程的施工安全、運營安全以及建設成本。在路堤施工中，在路堤高度一定條件下，坡角越大，路基所占面積就越小，反之越大。在山區，坡角越大，則路堤所需填方量越少。因此，很有必要對邊坡穩定性進行分析。
================以上引自《ANSYS邊坡工程實例分析》部分內容。
1 邊坡變形破壞基本原理
1.1 應力分布狀態
邊坡從其形成開始，就處于各種應力作用(自重應力、構造應力、熱應力等)之下。在邊坡的發展變化過程中，由于邊坡形態和結構的不斷改變以及自然和人為營力的作用，邊坡的應力狀態也隨之調整改變。
展開 
赤平極射投影---走向轉換為傾向的表示方法(Strike/Dip Direction)
利用赤平極射投影進行巖石邊坡的運動學分析(Kinematic Analysis)
赤平極射投影的極點矢量和等值線圖
巖體特征---不連續組數(Discontinuity Set)
《邊坡工程》課程總結
巖石邊坡工程課程---邊坡工程分析與設計(C4)
2 方法
方法很簡單，為了繪制傾向，需要把走向轉換成傾向。由于傾向和走向垂直，因此總的思路是在走向角度的基礎之上加或減90°，具體地，如果走向是以NE表示的加90°；如果走向是以NW表示的減90°。
3 例子
六條節理，它們的傾角(Dip)和走向(Strike)分別為：
(J1) 40°/N50°E
(J2) 60°/N22°E
(J3) 40°/N8°W
(J4) 50°/N41°W
(J5) 70°/N54°W
(J6) 50°/N74°W
按照上面的規則，把走向轉化為傾向(Dip Direction)：
(J1) 40°/N140°E
(J2) 60°/N112°E
(J3) 40°/N82°E
(J4) 50°/N49°E
(J5) 70°/N36°E
(J6) 50°/N16°E
下圖所示的是這六條節理(D/DD)的極點圖和大圓圖。
展開 復合滑動面(Composite Slip Surface)破壞模式
在典型的邊坡破壞模式中, 我們沒有考慮這種情況 (邊坡工程---巖體邊坡的破壞模式). 對于實際的邊坡工程, 這種破壞模式主要由軟弱夾層引起. 一個更深入的考慮是由巖橋引起的復合滑動面.
2 極限平衡法
極限平衡法是實踐邊坡工程穩定性分析常用的方法. 對于復合滑動面來說, 力矩和力的平衡同時受到條間剪切力的影響。力平衡安全系數隨著條間剪切力的增加而增加，而力矩平衡系數安全系數則隨著條間剪切力的增加而降低. 在這種情況下, 使用Morgenstern-Price或Spencer方法計算的安全系數會比Bishop簡化方法計算的安全系數低。但這個結論不一定適用于所有的復合滑動面。對于某些復合滑動面，結論也許會相反, 在很大程度上取決于復合滑動面的形狀.
為了能夠分析更復雜的邊坡破壞機制，已經發展復合或塊狀搜索算法，用來搜索關鍵的、非圓形塊狀的幾何形狀。例如, SLIDE和Slope/W在預定義軟弱夾層的情況下, 都能夠進行復合滑動面的搜索, 特別是<使用BLOCK算法搜索邊坡的最小滑動面>提供了一種簡單的階梯狀路徑搜索算法.
3 復雜的破壞機理
不過, 極限平衡方法雖然能夠進行初始的穩定性分析, 但不能捕捉到涉及結構控制和巖體漸進式破壞的復合破壞機制。Read and Stacey(2009)討論了一種識別復合滑移面的方法，滑移面由一連串的節理或巖橋組成。巖橋既可以是完整的巖石，也可以是含有分布的小而不相連的裂縫的等效巖體體積。Cundall等人(2016)意識到了(SRMTools---基于微觀力學的巖石邊坡3D模型)微觀裂縫在巖橋形成時的作用. [Cundall, P.A., B.
展開 一種快速在GeotechSet數據集內查詢相似段落的方法
巖石邊坡工程的數據挖掘(Data Mining)
Data Mining---巖土工程的數據挖掘
SentenceTransformers庫更新V2.0.0
巖石邊坡工程大數據系統設計
2 實現步驟
整個工作是基于GeotechSet數據集完成的。GeotechSet是一個不斷進化的巖土工程文獻數據庫，包括巖石力學和土力學兩部分, 主要的用途一方面用于查找相關資料，另一方面用于機器學習。其中大部分內容與我自己的專業相關，包括論文，研究報告，課程講稿及軟件手冊等。為了快速聚合查詢內容，使用了以下的步驟和算法：
(1) 把GeotechSet中的所有數據合并成一個文件；
(2) 讀取數據文件，每個段落作為一個item, 形成一個列表(list);
(3) 目前設置了兩個查詢短語，在大多數情況下已經足夠，如果一個段落內同時包含這兩個短語，則存入文件中。
核心代碼如下：
3 段落性查詢
下面用兩個例子試驗這個算法：
試驗(1) q1='Slope instability' ; q2='wedge failure' 這個查詢的目的是想分析巖石邊坡楔形破壞, 查詢結果應該同時包括這兩個短語。
Swedge: 巖石邊坡楔形破壞穩定性分析
巖石邊坡楔形破壞穩定性分析
露天采礦臺階穩定性分析方法
邊坡工程---巖體邊坡的破壞模式
部分查詢結果摘錄如下, 包括論文摘要或段落：
[1] Havaej, M. et al. (2013). "Incorporating brittle fracture into three-dimensional modelling of rock slopes."
展開 巖石邊坡工程課程---巖石崩落分析(Rockfall Analysis) (C10)
與此相反，主動防護可以使用巖石錨桿、邊坡阻擋系統、噴射混凝土等措施。其他的主動措施可能包括改變邊坡的幾何形狀，使邊坡脫水以及重新植被等。
