HYRCAN---一个免费的边坡稳定性分析框架(极限平衡法LEM)

1 引言

为了满足课外创新实践学分的要求，选择了一个相对开放的学习和研究项目---边坡稳定性分析。在这个小型项目中，我们将使用一个名叫HYRCAN的软件进行边坡稳定性分析。HYRCAN与SLIDE的原理一样，都是利用极限平衡法LEM求解边坡稳定性的安全系数。但HYRCAN与SLIDE的不同之处在于SLIDE是商业性软件，必须花钱购买才能使用，而HYRCAN是一个半开源的免费软件，重要的是HYRCAN提供了一种现代岩土工程软件开放的设计框架，用户可以充分发挥自己的才能来改进软件自身的功能，包括用户界面。因此通过这个训练，一方面可以增强学生的专业技能，熟悉和巩固边坡稳定性的分析方法，另一方面，也可以满足“创新”要求，学生可以充分发挥自己的专业知识扩充程序现有的计算能力。这个笔记简要描述了HYRCAN的相关开发背景。

2 HYRCAN简介

HYRCAN是Mikola博士在2020年疫情大流行期间开发的一个类似于SLIDE的边坡稳定性分析软件。Mikola博士2012年毕业于加州大学伯克利分校(University of California at Berkeley), 他是一位非常天才的岩土工程师和软件工程师，毕业后先在 Jacobs Engineering---一个国际知名的土木工程咨询公司工作，2018年加入WSP USA工作(WSP 于2020年收购了国际知名的岩土和环境工程咨询公司Golder Associates)。Dr. Mikola在工作之余，开发了许多免费的岩土工程工具软件，例如DXF到UDEC的转换，有限元分析，工程岩体分类，岩石楔形破坏分析，巷道支护等。

HYRCAN是一个二维边坡稳定性程序，用于评估土或岩石边坡圆形破坏面的安全系数或破坏概率。HYRCAN可以快速而容易地创建和分析复杂的模型，能够模拟外部荷载、地下水和支护。

目前HYRCAN的功能虽然还没有SLIDE强大，但是已经实现了SLIDE最主要的功能。

HYRCAN(包括有限元软件ADONIS)的最终目标是向岩土工程师和大学教师提供类似于商业软件包(FLAC, SLIDE, PLAXIS等)的服务，使用现代软件设计原理的免费框架为计算岩土力学提供一个新的和有用的工具，而且为该领域的计算软件设立一个新的标准。

集成非编译型的页描述语言是现代工业软件设计的一个趋势，其中最流行的语言是Python, 目前专用的岩土工程软件，例如Itasca系列软件，PLAXIS，DIANA都实现了这个功能。而HYRCAN使用的页描述语言是JavaScript, 举例如下：

newmodel()set("failureDir","r2l")extboundary(20,25,30,25,50,35,70,35,70,20,20,20,20,25)matboundary(30,25,50,29,54,31,70,31)matboundary(40,27,52,24,70,24)definemat("ground","matID",1,"matName","Soil 1","uw",19.5,"cohesion",0,"friction",38)definemat("ground","matID",2,"matName","Soil 2","uw",19.5,"cohesion",5.3,"friction",23)definemat("ground","matID",3,"matName","Soil 3","uw",19.5,"cohesion",7.2,"friction",20)assignsoilmat("matid",1,"atpoint",53.5982,32.8461)assignsoilmat("matid",2,"atpoint",56.9309,28.517)assignsoilmat("matid",3,"atpoint",34.2547,22.0234)definelimits("limit",20,36.665,"limit2",45,70)compute()

这段代码用来计算下图所示的边坡稳定性。在这个开放的设计框架中，用户可以用JavaScript语言写子程序来扩展程序现有的功能，包括设计自己的用户界面。

(1) 第一次打开程序后，用户界面语言是英语，如果有些同学感觉英语看起来吃力，点击如下所示的菜单，选择”Simplified Chinese”, 然后按”Apply”按钮，程序界面就会转变成中文。HYRCAN允许用户使用多语言的用户界面，并且可以随时切换和改进界面。

Have Fun!