1.4 运动学分析特点及本书的内容提要

经典运动学分析主要有4个基本假设条件：①所有的结构面是平面；②所有的结构面无限延伸地贯穿整个研究区域；③由结构面所切割成的所有块体均为刚性体；④平面失稳和倾倒失稳均假定存在侧向切割。对于一部分实际的结构面而言，假设①是合理的。然而，曲面结构面也存在于真实地质体中，曲面结构面可以由多段平面结构面组合呈现。通常来说，真实岩体中的结构面的尺寸是有限的，但是确定真实结构面在三维空间中的形状和较精确的尺寸分布即使不是不可能的，也确实是非常困难的（Kulatilake et al., 2011），因为结构面是隐藏在真实岩体中的。因此，在工程实践中假设②仍然是最实用的。假设③表明运动学分析主要适用于硬岩岩体，因为硬岩岩体（如边坡）的失稳往往是沿着结构面发生的，而不是因为岩块的破裂而发生的（Müller,1974；谷德振，1979；孙广忠，1988）。相对块体理论分析，运动学分析多了一条假设——假设④，因此，运动学分析的结果相对于块体理论是偏危险的，治理设计方案是偏安全、保守的。

石根华先生创立的块体理论（石根华，1977&1981; Shi,1982; Goodman et al.,1985；刘锦华等，1986）本质上也是一种几何方法，它最核心的思想是通过有限性定理（将块体分为有限块体和无限块体）和可动性定理（将有限块体分为可动块体和不可动块体）找到可动块体，找到可动块体后通过运动学分析确定它们的失稳模式（单面滑动或双面滑动）。因此，可以说运动学分析是块体理论分析的一部分。运动学分析和块体理论分析的主要区别有：①前者分析的块体对象简单，仅包括“一个结构面+假定存在侧向切割+坡面”构成的块体（平面失稳和倾倒失稳）和“两个结构面+上坡面+坡面”构成的块体（楔形体失稳），而块体理论分析的块体对象复杂，可以分析任意多面体块体；②前者研究三种失稳模式（平面失稳、楔形体失稳和倾倒失稳），后者研究两种失稳模式（单面滑动和双面滑动）; ③前者的理论更简单，且概化的模型囊括了真实岩体最主要的失稳模式，因此应用更加广泛。

第2章主要介绍了运动学确定性分析方法，涉及三种失稳模式（平面失稳、楔形体失稳和倾倒失稳），每一种失稳模式均分别采用赤平极射投影图解法和矢量分析进行分析。其中对于楔形体的形成模式（讨论是否存在一个结构面覆盖另一个结构面）和滑动模式（讨论是双面滑动还是单面滑动）的矢量分析方法是本书作者原创的方法。

第3章介绍了一种新的岩石边坡运动学概率分析过程，该分析过程具有如下特点：①楔形体失稳分析中，考虑了楔形体的形成模式，即讨论是否存在一个结构面覆盖在另一个结构面上；②楔形体失稳分析中，考虑了楔形体的滑动模式，即讨论是双面滑动还是单面滑动；③对于三种失稳模式，均考虑了结构面抗剪强度的可变性。此外，还将这一概率分析过程应用到中国某水电站岩石边坡的分析。

第4章在第3章介绍的运动学概率分析过程的基础上，进一步考虑了结构面的三维密度、尺寸分布、产状分布等岩体结构面几何参数，最终获得的反映不同失稳模式下的失稳概率能够反映不同失稳模式下的真实风险，从而首次给出了包含所有失稳模式的总失稳概率的计算公式。该分析过程的实现基于成功运用了三维结构面网络模拟技术。此外，这一概率分析过程还被应用于美国某露天金矿边坡分析。

第5章基于Microsoft Excel，开发了一款能够自动绘制赤平极射投影图而实现运动学分析的软件（命名为ZJUKIN），供广大工程师和研究人员免费下载使用。介绍了ZJUKIN的实现原理、实现流程以及使用说明。最后用一个例子展示了ZJUKIN的功能、操作方法以及结果分析方法。