自学geoslope2004   翻译操作教程 [复制链接]

本人在学习geoslope2004，虽然工作中重点运用锚索加固计算，但希望对软件基础有个全面了解，所以试着翻译stability modeling with slope/w ，本译文仅为本人愚见，有翻译不对之处还请批评指正。 <
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1介绍 SCXtBZ`.G  
在岩土工程中，土体结构稳定分析是最古老的数值分析。在20世纪，人们开始把潜在的滑动体离散化为土条。1916年，在瑞典的Gothenberg市的Stigberg Quay，Petterson 提出了这一稳定分析，滑面被假定为圆弧，滑动体被分割为土条。 oF5~|&C  
接下来的几十年中，Fellenius（1936）提出了普通滑弧（瑞典条分法），Jianbu（1954）和Bishop（1955）进一步发展了该方法，20世纪60年代，随着计算机的发明，处理这样反复迭代计算的公式更是得心应手，以致在1965年Mogenstern和Price，以及1967年Spencer提出了计算更精确的公式。促使这些极限平衡法发展的一个原因是采用手工计算也可以得出结果。采用简单的假定可得到结果，但对于一个大的滑动体，离散为小的土条还是比较困难的。 Q% J!  
即使现在，稳定分析仍然是岩土工程中的最常用的分析。部分原因是，稳定分析（结构是否稳定）显然是任何项目的关键点，然而，这并不是唯一的原因，结合很容易掌握的条分法和更容易实现的电脑软件技术，（简单的方法甚至能在电子表格上实现），因此，边坡稳定分析软件发展更为迅速，20世纪80年代，个人台式电脑的发展促使向商业软件转变。今天，一系列运用极限平衡稳定分析的软件产品都被运用于岩土工程实践的行列。 wUmcA~3D  
现代极限平衡软件使得处理更为复杂的分析变为可能，对于复杂地层、高度不规则的孔隙水压力、各种线性和非线性剪力模型、几乎任何形式的边坡形式、集中荷载、结构预应力等。极限平衡公式基于土条分析法，已经被越来越多的运用到结构稳定分析上，比如土钉墙、加筋预应力边坡、甚至高水平荷载引起结构的滑动稳定。例如、冰流。

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现代软件可以分析逐渐复杂的问题，同样的工具让极限平衡更容易理解。计算机辅助绘图不仅可以查看计算的安全系数、甚至可以浏览数据。例如，可以图示滑动体的每个土条上的所有力，或者浏览沿边坡表面参数的变化，以助于更好的理解技术细节。 $eh>.c'&]  
图示计算细节将使更容易理解计算方法，尤其是各种方法的不同。同时，这也导致极限平衡方法的局限性逐步显现出来，甚至已经远离了它最初的目的。土条法最初的假定是沿边坡表面的法向力受重力影响。预应力的施加也超过了最初的目的。虽然在实践中，这些局限性不必消除，但这些局限性对于理解和运用计算结果仍然是重要的。 M}9PicI?7  
尽管在实践中不断扩展、更新稳定分析，极限平衡方法仍然没有被很好地理解。事实上，土条极限平衡法是基于统计，而这点常常被忽略，重要的是一个安全系数并不是对所有土条都满足。 ks<+gL{K|i  
SLOPE/W上市于1977年，初始代码发展于Saskatchewan大学的D.G Fredlund教授。首次商业版本被安装在大型电脑主机上，用户通过软件所购买软件，而在20世纪80年代，个人电脑开始流行，这些代码又被重新编写。随着电脑的固定成本减少，电脑内存的不足，因此，这些代码不得不被重新改组以适应硬件环境。1983年，产品被重命名为PC-SLOPE/W，后来在20世纪80年代，计算机软件和图形的结合引起了新的浪潮，结果象cad之类的人机交互界面得以发展。随着微软窗口环境的发展，软件又被重命名为SLOPE/W，并拥有人机交互的图形界面。

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SLOPE/W是第一个运用于工程边坡稳定分析的商业软件产品，现在，SLOPE/W被众多专业运用在教育和工程实践中。 Iyt.`z  
多年来，随着计算机技术发展，SLOPE/W也逐步完善和升级。本书介绍的就是版本6。 _(:bGI'.m  
运用SLOPE/W软件要考虑大量的参数。另外还要考虑（但不仅限于）的是：数据正确吗？数据被软件正确运用了吗？各种计算方法的不同？为了帮助回答这类问题，SLOPE/W有许多工具检查数据输入和计算结果，例如：列表图示说明沿边坡的各种不同变量或者图示每个土条的细节受力情况。这类工具对于判断和确认计算结果很重要。 5f#]dgBe  
最早，尽管极限平衡方法在常规工程实践中的扩展，公式的原理、含义仍然不容易理解。下一章将回 顾极限平衡方法的原理，这一章看起来象纯粹的统计公式，这些方法之间有什么不同？为什么土条间内力很重要？边坡形状对计算有何影响等等。除此之外，这章还讨论极限平衡方法的局限性，以及如何克服？完全理解这些原理对于很好地利用SLOPE/W是必要的。 {OW.^UIq^  
SLOPE/W是工程技术产品Geostudio系列的一个组件，这样整合在一起可以分析更广、更复杂的问题，包括在稳定分析中用有限元计算孔隙水压力、应力等，不仅这种整合拓宽了分析的可能性，而且也能帮助克服纯极限平衡公式的局限性。尽管，作为SLOPE/W被单独运用的时候。不必有这些高级特点，但是把它当作一系列软件的一个组件的时候，有这样的增值功能。

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许多SLOPE/W的参数可能让人感到困惑，尤其当你第一次运用该软件的时候。下列5个名词可以帮助你设置这些参数。 l~GcD  
几何形状——描述潜在滑坡表面的土层、形状。 \v([,tiW%  
土压力——描述土（材料）压力的参数 w0fFm"A|W  
孔隙水压力——定义孔隙水压力状态的方式 i8`0-  
预应力或者符合土体结构——纤维、土钉、锚索、竖井、墙等等。 /QVhT  
强载——超载或者地震荷载 stlkt>9  
分章介绍这些主要的组件 rNX]tp{j  
越来越多的工程师感兴趣可能的稳定类型。将用一章来介绍特殊学科的可行性分析和敏感性研究。 Tw
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本书将图示举例，同时附注说明。除此之外，还专门有算例，试图帮助模拟各种状态。这些算例并不是使算例更完整，而是简单地图示可能的状态，包括范围、在人工削坡下的稳定性以及承载力。 e>$E67h<~  
本书最后一章是理论知识。这一章作为一个参考，或者是一个连接前面的纽带，也可以作为运用SLOPE/W的原理细节的的一些信息。通常，不必花太多时间在这一章。 -&r A<j  
本书旨在强调工程概念以及稳定分析方法技术，不是描述所有软件的命令，以及各种对话框参数的意义，这些细节可以在在线帮助中提供。 +rOd0?  
SLOPE/W已经被设计和发展为岩土结构稳定分析的一个通用的软件工具，但不适用于某种特定的工程形式。

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SLOPE/W不适用于挡墙，尽管SLOPE/W能一定程度上被用于计算重力式挡土墙的稳定计算，或者演算墙上的活动土压力。同样的，SLOPE/W不能运用于预应力挡土墙，但是能被用来分析楔形土体的稳定性，这些土体加固有预应力锚索、土钉、无纺布或者其他材料等，用一个综合的工具比如SLOPE/W，有时会需要仔细考虑如何模拟特定的形式，但同时，也极大地扩展了可模拟的工程形式，一旦你理解基本的功能特征，你就能创建基本分析类型。本书的主要目的是帮助你创建，而不是为你必须遵守的规则划一个句号。

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第二章  极限平衡原理 1Ozy;;\-9  
2.1介绍 CWM_J9f  
2003年，在加拿大的Calgary岩土工程会议上，Alberta，Krahn出席了R。M.Hardy演讲，题目是《极限平衡分析》，本章将回顾这次演讲，该演讲出版于加拿大岩土工程杂志第40期的第643页到第660页。 =BBDh`$R  
演讲的主题是极限平衡方法在岩土结构稳定计算中的运用。尽管已广泛运用，但是该方法原理仍然没有被很好的理解和超越。极限平衡公式的实质是基于安全系数统计方程的唯一解、恒定解不能确定。这就是该方法的局限性。 3[iHe+U(  
运用极限平衡方法时，理解这些局限性是重要的。本章讨论该方法的原理，指出局限性，探索怎样才能克服这些局限性。  8=j_~&*  
2.2 背景和历史 ~_"/\;
1  
极限平衡方法在岩土工程中用来计算边坡的稳定性，已经有数十年的时间了。它是把潜在的滑动体离散化为垂直的土条，该方法是在20世纪早起开始运用的，是最古老的数值分析技术。 Ea?u5$>gY"  
1916年，在瑞典的Gothenberg市的Stigberg Quay，Petterson 提出了这一稳定分析，滑面被假定为圆弧，滑动体被分割为土条。接下来的几十年中，Fellenius（1936）提出了普通滑弧（瑞典条分法），Jianbu（1954）和Bishop（1955）进一步发展了该方法，20世纪60年代，随着计算机的发明，处理这样反复计算的公式更是得心应手，

页8 TllIs&MCe  
以致在1965年Mogenstern和Price，以及1967年Spencer提出了计算更精确的公式。20世纪80年代，个人台式电脑的发展促使向商业软件转变。今天，一系列运用极限平衡稳定分析的软件产品都被运用于岩土工程实践的行列。 33b 3v\N  
现代极限平衡软件使得处理更为复杂的分析变为可能，对于复杂地层、高度不规则的孔隙水压力、各种线性和非线性剪力模型、几乎任何形式的边坡形式、集中荷载、结构预应力。极限平衡公式基于土条分析法，已经被越来越多的运用到结构稳定分析上，比如土钉墙、加筋预应力边坡、甚至高水平荷载引起结构物的滑动稳定。例如、冰流。 F]^ZdJ2  
现代软件可以分析逐渐复杂的问题，同样的工具让极限平衡更容易理解。计算机辅助绘图不仅可以查看计算的安全系数、甚至可以浏览数据。例如，可以图示滑动体的每个土条上的所有力，或者浏览沿边坡表面参数的变化，以助于更好的理解技术细节。从这些细节，显而易见地看到该方法的局限性，同时也能超越最初的目的。最初，该方法是考虑沿边坡表面的法向应力（重力），甚至预应力也超过了最初的目的。 *W=R:Bl!  
2.3方法基础 /}RW~ax  
许多不同的土条方法已经发展几十年了，基本上，这些方法都是相似的。不同的是满足什么样的统计方程？土条间的内力是不是也包含在内？土条间的法向力和剪力是什么关系？图2-1显示了一个典型的滑动体被离散化为土条，以及可能的土条间力，法向力和剪力。

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普通或者Fellenius法是首先发展起来的，都忽略了所有土条间的力，仅仅只是瞬间平衡。采用这些简单的方法可以手工计算安全系数，在没有计算机之前，这是很重要的。 L2^M#G@t  
后来，计算机处理极限平衡方法中的反复迭代更得心应手，结果有了越来越精确的公式、甚至包括土条间的所有力，满足各种统计方程。这两种方法是Mogenstern－Price和spencer wm_o(Z}  
表2-1列示了SLOPE/W中可用的方法，满足的统计方程。表2-2列示了土条间的力以及正应力与剪应力的关系。

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以下为各种方法的更多细节。 "A,-/~cBV  
表2-1 统计方程 aak[U;rx  
方法    瞬时平衡    力平衡 ($Ck5`_MK  
普通或者Fellenius    是    否 E=8$*YUW(g  
简化Bishop    是    否 `'M}.q,k~  
简化Janbu    否    是 TTzvH;S  
Spencer    是    是 nn6&`$(Q~  
Mogenstern－Price    是    是 O{nM yB  
Corps of Engineers－1    否    是 Cw&U*H  
Corps of Engineers－2    否    是 [f\TnXq24  
Low-Karafiath    否    是 %v 1NDhaXz  
Janbu Generalized    是（土条）    是 =9#cf-?  
Sarma－vertical slices    是    是 53X5&Bwh  
\*6Ld%:h$  
表2-2 土条间内力的关系 2 1]87$  
方法    法向力（E）    剪力（X）    X/E :sXn*k4v  
X与E的关系 &\/p5RX  
普通或者Fellenius    否    否    没有内力 8K0@*0  
简化Bishop    是    否    水平 1A-ess\  
简化Janbu    是    否    水平 5$L=l  
Spencer    是    是    恒定值 R3gg{hQ  
Mogenstern－Price    是    是    变量，用户定义 Kq2,J&Ca3  
Corps of Engineers－1    是    是    从顶部下倾 K,L  
Corps of Engineers－2    是    是    土条顶部地表的倾角 ^%k[YJtB=i  
Low-Karafiath    是    是    地表均值，土条间倾角 <GRrw  
Janbu Generalized    是    是    线性或者土条瞬时平衡 G,JNUok  
Sarma－vertical slices    是    是    X＝C+EtanΦ

页11 Q{+N{/tF  
2.4 普通极限平衡法 O#S27.  
普通极限平衡法（GLE）公式是在20世纪70年代，Saskatchewan大学，Fredlund发展起来的。（1977年Fredlund和Krahn，1981年Fredlund），这种方法浓缩了表1中所有方法的关键元素，GLE公式有两个安全系数方程给定土条间的内力条件范围。一个方程是瞬时平衡的安全系数方程（Fm），另一个方程是水平力平衡方程的安全系数（Ff）。这两个方程由Spencer首次出版在1967年。 khtYn.eaL  
运用GLE方法处理土条内力时，Mogenstern－Price推荐方程如下： ) v^;"q"  
   X＝Eλ f(x) uPveAK}h  
其中： or]kXefG3  
f(x)＝函数 $oU40HA)W]  
λ ＝函数采用的百分比（小数形式），即系数 [DO U
IR9  
E  ＝土条间的法向力 {9*k \d/;  
X  ＝土条间的剪力 7>>6c7e  
图2-2图示了一个半正弦的函数，上面的曲线是已知确定函数，下面的曲线是采用的函数，图中这两个曲线之间的比值λ等于0.43，在第10个土条中，f(x)＝0.83，举例，E＝100kN，X＝E f(x) λ＝100*0.43*083＝35.7kN，Arctan（35.7/100）＝19.6度，这意味着合力倾角（相对于水平）为19.6度，图2-2解释了极限平衡公式的关键点，以及如何定义内力函数。

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GLE的瞬时平衡的安全系数方程为： Kn+m9  
Fm＝ Q7@.WG5  
水平力平衡的安全系数方程为： \w\{x0u  
Ff＝ .YcI .  
其中： BX=YS)  
C’=粘聚力 0NMekVi
 
φ’=内摩擦角 3,RaM^5dV  
u=孔隙水压力 *FrlzIAom  
N＝土条间法向力 Er
d)P  
W＝土条重力 yCT:U&8%F  
D＝线性荷载