邊坡剪切強度折減分析的案例
邊坡剪切強度折減分析(Shear Strength Reduction Analysis)
1 引言
現代邊坡數值計算安全系數都使用了剪切強度折減(Shear Strength Reduction Analysis，簡稱SSR)方法，其中一種流行的技術途徑最初是在FLAC中使用FISH來實現的【Dawson, E. M., W. H. Roth and A. Drescher. "Slope Stability Analysis by Strength Reduction," Geotechnique, 49(6), 835-840 (1999)】, 隨后Itasca在它的所有軟件中都嵌入了SSR，因而用戶不再需要自己編程來使用這種技術。Plaxis, RS2, DIANA，GTS等專用的巖土工程軟件現在也都有這個功能。這個筆記簡要討論了Phase2(RS2)的SSR技術，并與ADONIS的計算結果作了比較。
2 問題稱述
這是一個幾何形狀和材料性質非常簡單的邊坡。邊坡幾何形狀如下圖所示。邊坡僅由一種材料組成，材料參數：單位重量=19kN/m^3, 粘結力=5kPa, 內摩擦角=30°。使用SLIDE快速分析這個問題，得出的安全系數為1.14.
3 Phase2解答
(1) 項目設置
主要設置單位和初始的強度折減系數。求解類型選擇默認的高斯消去法，它是有限元分析最通用的求解方法。初始的SRF取1，其它參數取默認值。
(2) 網格劃分
有限元分析的網格劃分是一門藝術，對于邊坡穩定性分析，在規模不大形狀簡單的問題中，網格盡量選擇"Uniform"。采用6節點的三角形單元，單元數目設置為1500。如果感覺結果不理想，可以增加單元數目。
展開 ABAQUS案例—邊坡穩定性分析及場變量在邊坡強度折減中的應用 ￥3
本案例（附件中的inp文件）介紹了如何采用ABAQUS軟件進行邊坡穩定性分析，以及介紹了場變量在邊坡強度折減中的應用。介紹了采用平面應變單元來模擬三維的邊坡穩定問題所需要注意的問題及分析技巧。
GeoStudio工程應用實例之93 強度折減計算分析邊坡穩定性
GeoStudio工程應用實例之93 強度折減計算分析邊坡穩定性（中仿視頻操作和中文PPT說明文件）
資料來源：
中仿科技
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404B
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簡體中文
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本算例為SIGMA/W模塊和SLOPE/W模塊的介紹算例。 熱傳分析算例是為了向初次使用者展示如何用GeoStudio軟件來進行強度折減
計算邊坡穩定性問題的模擬。
算例示意圖如下所示。
點擊下載：本地下載
http://www.cntech.com.cn/down/h000/h03/1251961806d3821.html
展開 基于強度折減的快速拉格朗日差分法在邊坡工程中的應用
.caj 文件
希望對大家有點幫助!
計算factor-of-safety時需要考慮的一些問題
1 引言
使用FLAC3D計算邊坡的安全系數需要一定的技巧，或者說計算本身帶有很大的不確定性。下面結合一位同學提的問題，討論了計算時需要考慮的一些事項。
2 factor-of-safety
Itasca軟件都提供了自動計算安全系數的功能，在UDEC中，使用block factor-of-safety命令，在FLAC3D和3DEC中使用model factor-of-safety命令。這個命令能夠自動產生三個階段的狀態以及相應的安全系數，即Init, Stable和Unstable。 計算原理是廣為使用的強度折減法。
邊坡剪切強度折減分析(Shear Strength Reduction Analysis)
FLAC/Slope的強度降低過程(Strength Reduction Procedure)
3 考慮的問題
(1) 對于自然形成的邊坡，一般來說邊坡材料和位于邊坡下的“地基”材料基本上相同，因此在大多數情況下沒有必要把這二者分開設置，形成不同的"Group", 這與人工建造的【排干和不排干條件下堤壩的穩定性分析(stability of an embankment)】堤壩不一樣，堤壩由于水壓力和固結作用，邊坡的破壞面可能會擴展至堤壩地基中，但自然形成的邊坡不會出現這種情況。當然，由于風化作用和地質構造，可以把邊坡上的材料根據實際情況設置成不同的材料"Group”。
(2) 自然形成的邊坡通常只考慮重力即可，因此需要在計算安全系數之前使用model gravity命令以形成自重應力場，也可以使用zone initialize-stresses命令進一步初始化單元應力。
展開 使用Extrusion工具產生非結構化的網格(unstructured Mesh)
在本例中，從Phase2 [邊坡剪切強度折減分析(Shear Strength Reduction Analysis)]中導入一個隧道模型的dxf文件，這個模型外部邊界尺寸大約為32m, 隧道尺寸大約為3.5m, 采用3節點三角形單元劃分模型，外部邊界的單元邊長約為1.8m，使用梯度方法劃分單元，即隧道周圍網格劃分密一些，遠離隧道邊界的區域網格劃分稀疏一些。
3. 網格劃分
導入dxf文件后，第一件要做的事情是改變默認的單元長度(Set default edge paramaters )。每條邊的單元數目最小值為1，最大值為10000；如果設置的單元長度太小，導致一條邊的單元數目超過10000，那么使用最大值10000作為該條邊的單元數目。根據dxf文件的外部邊界長度32m，推算出每個三角形單元的長度大約為1.8m, 近似取每個單元的邊長為2m[extrude edge length-default 2], 邊界劃分如下圖所示[extrude edge create auto]。
(1) 由于僅創建非結構化的網格，因此選擇Create unstructured meshes only[extrude mesh type unstructured]。(2) Target zone size 該參數指定在塊體內所需的單元尺寸(目標尺寸)，默認值為0。目標尺寸是包圍四邊形或三角形單元在內的圓的半徑。當它們遠離區塊體邊界時，單元的尺寸趨向于這個值。目標區域大小可能比在塊體邊緣指定的默認單元尺寸更小或更大[extrude mesh target-size 0.1]。(3) Max gradation該參數指定非結構化網格器的最大梯度，默認值為0.5。該參數控制單元尺寸的漸變，從塊體邊界上指定的尺寸到塊體內部目標區塊尺寸所定義的尺寸。
展開 二維有限元分析軟件ADONIS新功能評述
Mikolaz最近發布了他的免費二維有限元分析軟件ADONIS V3.50.0(5/18/2022)，在這個最新的版本中，新增了兩個主要功能：一個是本構模型Swell；另一個是在這個軟件中產生的網格可以生成FLAC3D單元。由于是免費軟件，沒有相應的配套文檔，因此本文對這兩個功能作簡要評述，增加一些相關的理論背景。關于這個軟件的部分功能可參看以下過去的文章：
免費二維有限元分析軟件ADONIS計算步驟
邊坡剪切強度折減分析(Shear Strength Reduction Analysis)
板樁墻(Sheet Pile Wall)模擬---FEM中的界面元
Ubiquitous節理巖體模擬(Ubiquitous Joint Rock Mass Modelling)
2 Swell Model
本軟件的Swell模型模仿了FLAC3D的Swell Model，因此下面的討論基于FLAC3D使用的約定。Swell Model的基礎是Mohr-Coulomb模型的非關聯剪切和關聯拉伸流動規則，與之不同的是，通過耦合潤濕應變(wetting strains)與潤濕前的模型狀態，考慮了潤濕引起的變形(wetting-induced deformations)，但屈服和勢能函數、塑性流動規則以及應力修正與Mohr-Coulomb模型的假設相同。FLAC3D的Swell Model是專為由濕潤引起的土的變形發展的，與Plaxis和RS中的Swelling Rock Model有差別，這個模型的應用參看如下論文：
[1] Noorany, I. et al. (1999) Prediction of soil slope deformation due to wetting.
展開 ANSYS強度折減法邊坡穩定性分析及地震荷載分析 ￥30
采用ANSYS有限元強度折減方法對滑坡穩定系數進行求解，通過有限元強度折減方法對不同工況下滑坡穩定系數進行計算，并將模擬計算值與極限平衡方法進行對比，驗證了強度折減方法的有效性。
有限元強度折減法是20世紀70年代末由英國科學家Zienkiewicz提出的，是通過不斷提高強度折減系數來降低坡體巖土抗剪強度參數，并反復試算，直到達到極限破壞狀態，程序自動根據彈塑性有限元計算結果得到滑動破壞面，同時得到滑坡的強度儲備安全系數。該方法在理論體系上比極限平衡法更嚴格，它全面滿足了靜力許可、應變相容以及土體的非線性應力-應變關系。
地震荷載加載前需要對模型進行模態分析求解，來獲得固有頻率及瑞麗阻尼系數，然后再對模型進行動態加載。
第一步：模型建立、施加邊界條件、自重工況下強度折減
第二步：模態分析求解
第三步：求解瑞麗阻尼系數、地震波加載
展開 ANSYS強度折減法邊坡穩定分析實例
下面來大致描述ANSYS邊坡應用實例
ANSYS邊坡穩定性分析一般分以下幾個步驟：
①創建物理環境；②建立模型，劃分網格，對模型的不同區域賦予特性
③加邊界條件和載荷；④求解；⑤后處理（查看計算結果）
巖土高邊坡模型與網格劃分
邊坡圍巖材料參數
表1 邊坡模型圍巖參數
類別
彈性模量/GPa
泊松比
容重/
內聚力
/MPa
摩擦角
（。）
圍巖1（彈塑性）
10
0.30
2645
0.8
32
進行邊坡穩定性分析計算時，采用強度折減法來實現。首先選取初始折減系數F，然后對邊坡土體材料強度系數進行折減，折減后凝聚力以及摩擦角分別式（1）和式（2）。
強度折減系數F=1.0時計算結果分析
X方向變形云圖
整體位移矢量云圖
強度折減系數F=2.2時計算結果分析
強度折減系數F=2.24時計算結果分析
強度折減系數F=2.28時計算結果分析----求解不收斂，說明此時邊坡發生失穩。
展開 ABAQUS邊坡穩定性分析-強度折減法
算例導讀：
強度折減法最早是Zienkiewicz提出，其基本實質是材料的c和φ逐漸降低，導致某單元的應力無法和強度配套，不能承受的應力轉到周圍土體中去，從而出現連續的滑動面。本算例通過三維均質土坡穩定性分析來說明如何用強度折減法計算的安全系數。
算例需知：
需要CAE源文件的請添加微信（CivilTutor）說明來意或通過附件下載。
算例結果：
模擬的關鍵之處：
1.摩擦角強度折減參數的設置
2.分析步設置采用MC本構需用Unsymmetric
3.構造邊坡形狀采用生死單元模擬，即接觸中的 Model Change。
4.無需設置預定義場變量
5.單元最好用C3D8.
6.需修改模型的關鍵字
BIANPO-1.BP 是點集合名稱，0.5是場變量，此處為強度折減系數的初始值。
展開 【ANSYS算例】利用強度折減法對邊坡進行穩定分析
邊坡在強度折減系數k=2時求解finish
</pre><p><br></p><p>后處理</p><p><br></p><ul><li><br></li><li><br></li><li><br></li><li><br></li><li><br></li><li><br></li><li><br></li></ul><pre class="ql-syntax" spellcheck="false">/post1 ！進入后處理!邊坡在強度折減系數k=1時結果分析Resume,'k1_75','db' !讀入邊坡在強度折減系數k=1時set,1,last !讀入后一個子步pldisp,1 !
展開 
基于ANSYS的碼頭邊坡強度折減法穩定分析算例
1.影響邊坡穩定性的主要因素
(1)邊坡材料力學特性參數：
包括彈性模量、泊松比、摩擦角、粘結力、容重、抗剪強度等參數。
(2)邊坡的幾何尺寸參數：
包括邊坡高度、坡面角和邊坡邊界尺寸以及坡面后方坡體的幾何形狀，即坡體的不連續面與開挖面的坡度及方向之間的幾何關系，它將確定坡體的各個部分是否滑動或塌落。
(3)邊坡外部荷載：
包括地震力、重力場、滲流場、地質構造地應力等。
2. 強度折減系數
進行邊坡穩定性分析計算時，采用強度折減法來實現。首先選取初始折減系數F，然后對邊坡土體材料強度系數進行折減，折減后凝聚力以及摩擦角分別見式1-1和式1-2。
土層材料參數
下面開始進行建模，通過點-線-面的方式逐步建立模型。
可在AutoCAD中找出關鍵點的坐標，然后逐步開始建模，也可以通過在CAD圖紙中創建面域，然后輸出為sat文件，之后導入到ANSYS中。兩種方式皆可。
各區域材料不同顏色顯示
采用Plane82單元來模擬，將單元選項設置為平面應變Plane strain.
在ANSYS經典中創建好的幾何模型
通過設置劃分網格單元尺寸，對上述幾何模型進行劃分，有限元網格如圖所示。
對模型施加邊界條件，左右兩側約束法向位移，底部約束UX UY方向自由度。
（一）僅自重下的部分計算結果
靜力通用求解，自重下的位移分布矢量云圖。
UX方向位移云圖
UY方向位移云圖
（二）對土體參數進行不同程度的折減，以下為折減系數為1.4時的部分計算結果。
考慮左側靜水壓力時的計算荷載示意圖。
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