土工合成材料(Geotextile)加固边坡---PLE与SLIDE计算结果的比较

1 引言

在《土工合成材料加固挡土墙(Geosynthetic Reinforced Retaining Wall)》中比较了HYRCAN与SLIDE的结算结果。这个笔记讨论了PLE使用GeoTextile支护边坡的计算过程，着重讨论方法论方面的一些内容，并与SLIDE的计算结果作了比较。

2 问题陈述

该挡土墙拟使用12m长的土工合成材料进行支护，地基土有两层，上层为Sandy Clay，下层为Silty Clay。

地层的物理力学参数如下所示。

3 PLE计算

PLE的计算步骤在《三维极限平衡岩石边坡稳定性分析流程(PLE) [两种地层+一个软弱滑动面]》中已经呈现过，二维和三维的分析步骤基本相同。

(1) 产生模型Create model

产生模型的目的是建立项目库和模型库，这种设计的优点是方便项目和模型的管理，现代大型岩土工程软件基本上都使用了这个原理，比如Geostudio和Itasca，单从项目管理的角度来看，Plaxis的项目管理器做的是最好的。

(2) 分析设置Specify analysis settings

"设置"对话框(Select Model > Settings)用于指定确定临界滑移面的方法和在分析中使用的适用搜索技术的细节。 对于一般性的分析，只需设置“Slip Surface”，"Calculation Methods", "Convergence"这三部分，其中搜索方法的选择是这个步骤的重点。

(3) 输入几何形状Enter geometry

PLE提供了三种直接输入几何形状的方法: CAD Drawing,  Dynamic Input和Cut and Paste，感觉最好的方法是最后一个，即在EXCEL中先把每个关键点的坐标顺序输入，然后拷贝粘贴到PLE中，使用这种方法不容易出错。PLE的材料边界不是共享的，而是单独划分为区域(Region), 这种设计方法导致从SLIDE输出的dxf文件不能正确地输入到PLE中，如果只有一种材料不会出错。反过来，PLE输出的dxf文件基本上不能直接输入到SLIDE，现在已经放弃了这种方法。总体感觉PLE输入几何形状的设计方法非常笨拙。

(4) 输入材料属性Apply material properties

这个过程比较简单，Materials > Manager ...>New...，按照上面的材料参数输入两种材料即可。PLE在输入内摩擦角时提供了一个辅助功能，即根据土的塑性指数来估算内摩擦角。

Kulhawy and Mayne (1990) 根据细颗粒土(fine grained soils)的试验结果，也用塑性指数PI确定土的内摩擦角(基于液限和塑限的经验关系式总结),如下式所示。这些关系式在某种程度上可以帮助检查内摩擦角数值的合理性。

 在输入材料参数后，便可以匹配对应的地层几何形状。

(5) 设置搜索方法几何形状Specify search method geometry

由于前面已经设置了"Grid and Tangent"搜索方法，因此必须为此设定网格和切线的具体位置。

(6) 设置加载条件Specify loading conditions

在本例中只有一个线性载荷，输入数量10和载荷的坐标即可。

(7) 增加支护Add Supports

这个步骤很简单，supports>Type Managers...输入数据即可。一个比较容易混淆的选择是究竟用主动支护还是被动支护，一般来说，象土钉和土工合成材料这样的支护形式，当土压力作用到支护构件上时才起作用，原则上应该选择被动支护(Passive)，不过，这个选项对结果不会产生太大影响。

(8) 计算

每种方法计算的最小安全系数为:

Bishop Simplified Method: fos=1.668

GLE/M-P Method: fos=1.646

Janbu Simplified Method: fos=1.508

Spencer Method: fos=1.649

4 SLIDE计算

相同的数据在SLIDE下运行，每种方法计算的最小安全系数为:

Bishop Simplified Method: fos=1.656

GLE/M-P Method: fos=1.631

Janbu Simplified Method: fos=1.495

Spencer Method: fos=1.634

可以看出，SLIDE的计算结果普遍比PLE的计算结果稍低。影响结果的主要因素是滑动面的搜索方法。