Geostudio 2024新增的软弱夹层 (Weak Surfaces)功能

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1. 引言

就像【Geostudio 2024新增的各向异性曲面 (Anisotropic Surfaces)】指出的一样，Geostudio在岩石工程方面的功能相当低下，最新版Geostudio 2024.1(V24.1.0.1406)新增的另一个功能是软弱夹层 (Weak Surfaces)，其实这是一个综合性岩土软件应该具备的基础功能，本公众号之前讨论过大量这方面的应用，例如：

带有软弱夹层(Weak Layers)的采矿边坡稳定性分析
Slide3 推出滑动面基于AI的智能搜索方法 (Intelligent Search)
边坡弱层模拟(Weak Layer Modeling)
带有软弱夹层(Weak Layer)的三维采矿边坡稳定性分析(3D Open Pit Analysis)
岩体不连续模拟---节理元(Shear Joint)的使用

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问题的整体尺寸相比非常小，最典型的例子是结构元，如桩、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。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，界面元也用于考虑两种不同刚度材料界面之间的相互作用。

在极限平衡分析Slide2中，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。本文描述了最新版Geostudio 2024.1中软弱夹层的功能。

2. 工作原理

现在，SLOPE/W 中可以使用弱面(Weak Surfaces)。弱面可用于表示单个不连续面、残余强度剪切带或土工膜界面。这样就无需使用不可穿透材料模型(impenetrable material model)来表示沿不连续面的平移破坏模式。软弱夹层的定义与浸润面相同(piezometric surface)，只需使用折线即可。此外，任何材料模型都可以与弱面相关联，从而最大限度地灵活定义不连续面上的强度。在SLOPE3D中的操作与在SLOPE/W中的操作步骤相同，只不过SLOPE3D中使用背景网格来定义软弱夹层。在一次分析中可以定义多个弱面。

如果边坡内仅有一个弱面，则搜索的滑动面被弱面截断，如下图(a)所示；如果边坡内有两个近似平行的弱面，则搜索的滑动面仅截断最上层的弱面，如下图(b)所示；与薄弱面相交的柱的强度定义由与薄弱面相关的材料定义。理想情况下，弱面应横跨整个域，以减少产生形状不佳的滑移面，如下图(c)所示。在二维或三维中，任何具有台阶形状的滑移面都是不可接受的。