Geostudio 2024新增的各向异性曲面 (Anisotropic Surfaces)

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1. 引言

在最新版的Geostudio 2024.1(V24.1.0.1406)中，SLOPE/W 和SLOPE3D增加了各向异性曲面(Anisotropic Surfaces)的功能，对于岩石力学和其它软件来说，这本来不是什么新鲜的东西【各向异性线性强度模型(Anisotropic Linear Strength Model)；使用各向异性线性强度模型进行岩石边坡稳定性分析(Anisotropic Model) (Part I)；广义各向异性材料模型 (Generalized Anisotropic)】，但由于Geostudio的专长是土力学，因此即使现在它的岩石力学功能与Itasca和Rocscience相比也相当弱。Seequent对Geostudio的直接管理【完了, Seequent 宣布停止销售Plaxis LE软件】，有望逐步增强它在岩石工程中的应用能力。

岩石由于存在不连续面而表现出各向异性强度，不连续面的强度与完整材料的强度相差很大。本文描述了最新版Geostudio 2024.1新增的各向异性曲面功能，在SLOPE/W 和SLOPE3D稳定性分析中可以捕捉非平面地质不连续面的影响。不连续面通常是由层理、片理、节理、叶理、裂隙、断裂或断层造成的。强度各向异性可能在地质单元中普遍存在（即不连续面组），也可能是单一的不连续面。各向异性曲面在SLOPE/W中使用折线定义，在SLOPE3D中使用背景网格定义，并与适当的材料相关联，以定义不连续面的强度。

2. 各向异性曲面理论

下图所示的边坡，其褶皱地质单元含有各向异性的层理，各向异性曲面可用于二维和三维分析，以生成与方向相关的剪切强度。与软弱层(Weak Layer)相反，各向异性曲面不直接控制滑移面的形状。

各向异性曲面、搜索选项以及通过最近距离(closest distance)获得的各向异性角 (𝛼)

各向异性面的输入属性与复合强度材料(Compound Strength material)的输入属性相同【Geostudio新增三维极限平衡软件SLOPE3D】，包括：代表完整土/岩石基质的基体材料(base material)、代表不连续面的材料以及两个角度范围 A 和 B。与每个各向异性面相关的 A 和 B 参数是不连续面周围的角度公差，用于控制从各向异性材料到完整材料的剪切强度过渡。求解器根据柱基(column base)与各向异性特征(如节理面)之间的角度计算剪切强度。在 A 范围内，使用不连续剪切强度；在 B 范围之外，则使用基质材料的抗剪强度；对于介于 A 和 B 之间的角度，剪切强度根据基底和不连续材料的剪切强度之间的线性插值计算，如下图所示。

每个柱的底角 (𝜃) 都是已知的，需要从各向异性面上的一点确定每个柱对应的各向异性角（𝛼）。各向异性面上的点有三种定位方法：1) 最近距离；2) 垂直；3) 水平。水平选项只适用于二维。柱底部的强度由完整材料的强度和各向异性材料的强度决定。

3. 在Slope/W中的操作

在Slope/W中，通过主菜单Define>Surfaces>Anisotropic Surfaces进入到定义对话框内进行设置。从图中看出，对于每个曲面，必须输入3个参数项目：Materials，Properties, Points。Materials用来指定基底材料和各向异性材料，Properties用来设置角度范围和搜索方法，Points用来定义曲面的路径，可以在此输入点的坐标，也可以使用主菜单Draw>Surfaces>Anisotropic Surfaces用鼠标画。