带有软弱夹层(Weak Layers)的采矿边坡稳定性分析

1 引言

岩土工程分析中经常遇到一些材料，其某个方向的几何尺寸与模型问题的整体尺寸相比非常小，例如结构元，桩和锚杆等，在这种情况下，我们通常不考虑结构元的几何形状，仅以梁单元或其它几何线性的单元来表示【Cable结构元简要回顾(Cable Structural Elements)；Plaxis 3D/2D中桩的模拟---Embedded Beam(Pile) Modeling】。此外，岩石工程中的软弱夹层(Weak Layer)，当层的厚度与周围岩体尺寸相比非常小时，我们假定层的厚度为0，在数值模拟中使用界面元来表示【界面元的创建(Creation of Interface Geometry)】，界面元也用于考虑两种不同刚度材料界面之间的相互作用【板桩墙(Sheet Pile Wall)模拟---FEM中的界面元】。

Slide3极限平衡法(LEM)和RS3有限元法(FEM)都可以确定边坡破坏的临界破坏面。RS3使用剪切强度降低(SSR)技术计算安全系数，同时计算域内的应力和变形分布。本文针对一个存在弱层(weak layers)的露天矿边坡，使用RS3和Slide3计算其稳定性。结果显示这两种方法得出的临界破坏面和安全系数相似，从工程角度来看，至少在这种情况下，我们可以使用Slide3进行快速分析而不必使用数值模拟(RS3, Plaxis3D或FLAC3D, 3DEC)，这对于一些时间要求紧迫的项目来说非常有益。

2 2D弱层边界

弱层边界(Weak Layer Boundary)通过定义一条具有强度属性的折线来模拟潜在的滑动面，由于弱层折线没有物理厚度，它被用于模拟界面、节理或厚度可以忽略不计的非常薄的弱层或或具有低强度特性的界面(如土工膜界面)。通常假定弱层边界的粘结力为0。弱层边界是一个独立的模拟实体，不是模型边界几何的一部分。它与其他边界类型不能相交，也不能用来定义材料区域，它唯一的目的是定义具有强度特性的边界。