Slide3 矿坑类边坡工程解决方案

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Slide3矿坑类边坡工程解决方案

一款采用三维极限平衡法计算边坡稳定性的工程设计软件

简介

Slide3是Rocscience公司于2017年为采矿工程师测算复杂地表的安全系数（Factor of Safety）而量身定制的采用三维极限平衡算法计算边坡稳定性的新工具。Slide3模块是Rocscience公司在工程领域多年经验积累的产品，可模拟其他二维计算模型中是无法全面模拟的复杂模型，快速计算诸如外圆角、大型露天矿坑开采、扶壁效果等复杂几何的安全系数，且无需额外添加材料参数。Slide3可为各个领域提供岩土力学的参考数据。

                              

图1 挖掘出的边坡模型

1.      几何模型导入（GeometryImport）

Slide3的三维模型是在RS3（V2.0）上的3D有限元模块的基础上建立的。如果使用者已经很熟悉RS3的建模应用，那么使用者可以用相同的方法在Slide3上进行三维建模。由于矿藏、边坡的几何模型常常以其他已有的文件形式[url=]流通[/url]，所以Slide3也可通过文件导入的形式进行三维建模（支持诸如dxf、dwg、obj、stl、step、igs、xyz等大部分3D模型通用格式）。文件导入功能可通过几何（Geometry）>导入（Import）实现（如下图2）。

图2 几何模型的文件导入选项界面

RS Geometry Object文件格式允许使用者从RS3（Rocscience的3D有限元分析模块）中导入几何模型。

图3 露天矿坑边坡模型

将几何模型导入到Slide3之后，系统将会提供许多建模选项允许使用者从导入的数据中创建Slide3的模型，其中包括：

• Add Polylines功能允许添加多段线
• Create External Volume功能创建外部体积
• Add 3D Primitive Geometry功能允许用户添加3D基础几何，诸如长方体、圆柱体、椎体等
• Create Surface功能允许在选中的几何模型中创建表面模型
• Reconstruct Surface功能允许用户基于输入的/导入的表格数值重新构建表面模型
• Extract Bounding Curve功能允许用户从表面模型中提取边界曲线
• 2D Section Export forSlide功能允许用户选取Slide3模型中的某一平面并创建一个Slide文件格式
• Planar Section Tool功能允许通过切面提取几何模型中的多段线
• Extrude/Sweep/Loft功能允许用户通过各种拉升法为模型增加深度单位
• Transform功能允许进行调动或者旋转操作
• 3D Boolean功能允许进行结合、移除、或者分割几何等操作
• Borehole Manager功能允许用户通过钻孔数据对边界面进行数值修正
  
  

2.    材料模型（Material Models）

Slide3中提供了多种不同的土质岩质模型，包括摩尔库伦模型（Mohr-Coulomb）、不排水系统模型（Undrained）、各向异性模型（Anisotropic）、广义胡克布朗模型（GeneralizedHoek-Brown）等等多达15种材料本构[url=]模型[/url]。

3.    通用化各向异性强度（GeneralizedAnisotropic Strength）

岩石中的[url=]基床底层[/url]（Bedding Layer）常常具有方向性的各向异性强度属性（Anisotropic directionalstrength）。Slide3可以通过各向异性或者通用化各向异性强度选项对此类模型进行建模。

通用化各向异性强度选项允许使用者虚拟创建任何自定义的各向异性材料模型。这些材料模型还可以在用户自定义三维方向上添加失效准则。

图4 材料属性对话框中的通用化各向异性失效准则选项

图5 通用化的各向异性强度功能对话框

各向异性可以通过沿着一个或者多个平面来进行定义，方法是通过Dip/DipDirection选项来[url=]操作[/url]（如图5）。在对折叠型各向异性[url=]基床底层[/url]（见图6）进行定义时，使用者可以先定义一个吻合底床层的各向异性面。然后对各向异性强度的计算将会依照这个表面来决定局部底床面方向。局部基床底层[url=]方向[/url] 可用于决定给定位置的强度[url=]参数[/url] 。

图6 通过用户自定义的表面定义各向异性

4.    楔形破坏（Wedge TypeFailure）

由交叉结合面或者其他不连续性造成的楔形破坏面可以使用Weak Layer选项建模。Slide3可以通过对若层面赋一个较低的强度值来生成一个多面楔形破坏面，最后计算安全系数。

图7 由交叉弱面生成的楔形破坏面

5.    切面材料赋值（AssignMaterials using Cutting Plane）

如果需要对一个含有多种不同材料的复杂三维模型区域进行材料赋值，Assign Materials usingCutting Plane选项将会是一个十分便捷有效的工具。切面可以被移动或者旋转到任何方位，材料也可通过2D剖面图来进行赋值。这大大简化了3D材料的赋值工作。

图8 复杂三维模型2D剖面平面

图9 切面材料赋值功能对话框

这个选项同样适用于从Slide3的模型中切取2D剖面导出到Slide中对任何3D模型的界面进行快速2D分析。

6.    检索方法（Search Methods）

Slide3中的临界滑移面检索方法是一个高度自动化且所需的用户输入甚少的一个功能。初始的试算滑移面可以通过球面（Spheres）或者椭圆体（Ellipsoids）生成；然后，表面变更功能将会继续优化检索一个安全系数更低的[url=]破坏[/url]面。三维失稳方向会在分析过程中自动判断，如非必要，使用者不需要特定的去[url=]定义[/url]。

图10 双平面非对称模型的3D关键破坏面

图11 滑移面以及检索方法的操作界面

通过测绘如下图13所示的无限强度（Infinite Strength）材料区域，或者通过滑移面选项对话框中的混合滑移面选项（Composite Surface）可以使滑移面更加吻合基岩的形状。

图12 基岩上的滑移面二维成像图（无限硬度的材料）

7.    边坡限位（Slope Limit）

SlopeLimit选项允许者通过定义一个或者多个3D限位框达到缩小搜索区域的目的，允许缩小到斜坡中的任何一个区域。在对大型斜坡或者露天矿坑模型进行分析时，相交于对整个模型进行检索，这个功能[url=]允许[/url]使用者去分析斜坡中某个单独部分，十分快捷便利。

图13 斜坡极限（绿色框体内）限定了只在露天矿的一侧进行检索

图14 在边坡限位内的临界滑移面（露天矿模型）

8.    数据查看（Data Interpretation）

数据查看选项包括:

• 查看3D全局临界滑移面
• 查看所有滑移面
• 查看滑移面分析数据的等值线（诸如压力、强度、孔隙水压力）
• 查看模型表面的安全图或者模型剖面的安全图
• 列表数据查看器
  
  

图15 列表数据查看器界面

在图15中，Slide3对一个大型垃圾场进行稳定性分析并给出分析结果。这个案例使用了软弱层选项对主平面滑坡进行建模。

图16 使用弱层面选项对垃圾场的稳定性分析

9.    关于中仿（AboutCntech）

CnTech（中仿科技）是Rocscience系列软件中国区唯一合作伙伴，负责Rocscience系列软件在中国区（包括香港、澳门）的技术服务以及市场推广活动。

自2003年以来，中仿科技先后为国内300多家岩土工程设计院、科研院所提供了技术服务，主要涉及的领域有：水利水电、公路、铁路、港湾、有色冶金、电力、机场建设、煤炭、石油化工、核工业、市政、轨道交通、文物保护、高校等科研院所。

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