解决方案

GeoStudio - 强度折减稳定性

2024-02-22 14:13:08 80

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简介

强度折减稳定性是一种通过在弹塑性有限元分析中逐步削弱土体强度直至边坡破坏来获得安全系数的程序。安全系数被认为是使土体强度降低到达到破坏所需的系数(Dawson 等人,1999 年;Griffiths和Lane,1999 年)。此示例说明了如何使用 SIGMA/W 执行强度折减稳定性分析。此外,结果将在称为基于应力的稳定性分析的替代程序的背景下进行讨论。


数值模拟

项目的分析树如图 1 所示。第一步是进行原位分析,以确定如图 2 所示的 2h:1v 边坡 10 m 高的应力状态。由于位移无关紧要,因此原位分析的指定土体刚度是任意的。泊松比控制着水平方向上产生的应力量。

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图 1. 项目的分析树

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图 2. 问题配置


原位分析构成了后续稳定性分析的父代(图 1)。首先使用 SLOPE/W 中的有限元应力技术计算安全系数。此方法通过沿滑动面积分 SIGMA/W 剪切应力和剪切强度来计算安全系数(请参阅SLOPE/W参考书)。第二个分析使用自动强度折减稳定性技术。强度折减系数 (SRF) 定义为:

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其中图片关键词图片关键词是破坏时的有效应力强度参数。图 3 显示了 SRS 分析的设置。初始和最终因子分别设置为 1.3和 1.75,增量设置为 0.025。起始因子大于 1.0,因为已先验知道安全系数大于 1.3。

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图 3. 强度折减稳定性分析设置


结果和讨论

如图 4 所示,SLOPE/W FE 应力稳定性因子为 1.55。图 5 显示了沿滑动面的抗力和驱动或动员剪切力的分布。请注意,沿整个滑动面的剪切阻力或剪切强度局部大于动员剪切力。安全系数总体上是抗滑曲线下面积除以下滑剪切曲线下面积。从计算的安全系数来看,抗力曲线下面积比下滑剪切曲线下面积大1.55 倍。


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图 4. 基于分析 1 中的原位应力的安全系数


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图 5. 沿滑动面的剪切强度和下滑剪切力


图 6 至图 8 显示了 SRS 结果。与 FE 稳定性和极限平衡方法不同,安全系数不是通过 SRS 方法直接计算的。必须解释安全系数。对破坏面上应力状态的高斯点进行审查表明,在接近地表处形成了一个整体破坏区,折减系数等于 1.6(图 6)。最大位移区集中在边坡的上部。归一化域刚度降至其最小值约1.57(图 7),而位移的矢量范数开始在强度折减系数为 1.57 时增加(图 8)。因此,SRS 安全系数约为1.57,这与 FE 稳定性安全系数一致,从而证实了 SRS 解释并提高了对结果的信心。

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图 6. 当安全系数为 1.6 时塑性状态(破坏)


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图 7. 归一化域刚度与强度折减系数


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图 8. 位移的矢量范数与强度折减系数


摘要和结论

此示例演示了 SIGMA/W 可用于执行稳定性分析的强度折减法。有限元稳定性和 SRS 技术的比较表明,SRS 技术的一个主要优势在于破坏模式会随着强度的降低而自然演变。


参考文献

Dawson, E.M., Roth, W.H. and Drescher, A. (1999). Slope Stability Analysis by Strength Reduction,Geotechnique, 49(6), 835-840

Griffiths, D.V. and Lane, P.A. (1999). Slope Stability Analysis by Finite Elements, Geotechnique, 49(3),387-403



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