GeoStudio强度折减稳定性

引言

强度折减稳定性是通过在弹塑性有限元分析中逐步弱化土壤直至斜坡失效来获得安全系数的过程。安全系数被认为是土壤强度需要降低才能达到破坏的因素（Dawson等人，1999年；Griffiths和Lane，1999年）。此示例说明了如何使用SIGMA/W进行强度折减稳定性分析。此外，我们还在称为基于应力的稳定性分析的替代程序的背景下讨论了结果。

数值模拟

该项目的分析树如图1所示。第一步是进行原位分析，以确定10 m高的2h:1v 斜坡中的应力状态，如图2所示。这里指定的土壤刚度是任意的对于原位分析，因为位移无关紧要。泊松比控制水平方向上产生的应力大小。

图1. 项目的分析树

图2. 问题设置

原位分析是后续稳定性分析的基础（图1）。首先使用SLOPE/W中的有限元应力技术计算安全系数。该方法通过沿滑动面积分SIGMA/W剪切应力和抗剪强度来计算安全系数。第二个分析采用自动化强度折减稳定性技术。强度折减因子（SRF）定义如下：

其中和是失效时的有效应力强度参数。图3展示了SRS分析的设置。初始因子和最终因子分别设为1.3和1.75，增量设为0.025。起始因子大于1.0是因为事先知道安全系数大于1.3。

图3. 强度折减稳定性分析设置

结果与讨论

SLOPE/W FE应力稳定系数为1.55，如图4所示。图5显示了沿滑移面的阻力和驱动或下滑剪切的分布。请注意，剪切阻力或剪切强度局部大于沿整个滑移面的下滑剪切。总安全系数是阻力曲线下的面积除以下滑剪切曲线下的面积。根据计算的安全系数，阻力曲线下的面积比下滑曲线下的面积大1.55倍。

图4. 分析1中基于地应力的安全系数

图5. 沿滑移面的剪切强度和下滑剪切

图6至图8展示了SRS结果。与有限元稳定性和极限平衡方法不同，安全系数在SRS方法中并非直接计算得出，而是需要进行解释。对于具有破坏面上应力状态的高斯点的回顾表明，在地表附近形成了一个全局破坏区域，其折减系数为1.6（图6）。最大位移区域集中在边坡的上部。归一化领域刚度在约1.57时达到最小值（图7），而位移向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，这与有限元稳定性安全系数保持一致，并确认了SRS的解释，并提高了对结果的信心。

图6. 安全系数为1.6时的塑性状态（失效）

图7. 归一化域刚度与强度折减系数

图8. 位移矢量范数与强度折减系数的关系

总结和结论

此示例演示了SIGMA/W可用于进行稳定性分析的强度折减方法。有限元稳定性和SRS技术的比较表明，SRS技术的一个关键优势是，失效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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