计算factor-of-safety时需要考虑的一些问题

1 引言

使用FLAC3D计算边坡的安全系数需要一定的技巧，或者说计算本身带有很大的不确定性。下面结合一位同学提的问题，讨论了计算时需要考虑的一些事项。

2 factor-of-safety

Itasca软件都提供了自动计算安全系数的功能，在UDEC中，使用block factor-of-safety命令，在FLAC3D和3DEC中使用model factor-of-safety命令。这个命令能够自动产生三个阶段的状态以及相应的安全系数，即Init, Stable和Unstable。 计算原理是广为使用的强度折减法。

边坡剪切强度折减分析(Shear Strength Reduction Analysis)

FLAC/Slope的强度降低过程(Strength Reduction Procedure)

3 考虑的问题

(1) 对于自然形成的边坡，一般来说边坡材料和位于边坡下的“地基”材料基本上相同，因此在大多数情况下没有必要把这二者分开设置，形成不同的"Group", 这与人工建造的【排干和不排干条件下堤坝的稳定性分析(stability of an embankment)】堤坝不一样，堤坝由于水压力和固结作用，边坡的破坏面可能会扩展至堤坝地基中，但自然形成的边坡不会出现这种情况。当然，由于风化作用和地质构造，可以把边坡上的材料根据实际情况设置成不同的材料"Group”。

(2) 自然形成的边坡通常只考虑重力即可，因此需要在计算安全系数之前使用model gravity命令以形成自重应力场，也可以使用zone initialize-stresses命令进一步初始化单元应力。

(3) 计算安全系数必须是在小应变状态下进行的，因此必须在开始计算前使用model large-strain off命令。在UDEC中使用block large-strain off命令或block small-strain都可以。

(4) 在计算安全系数前最好让系统达到平衡状态，尽管这不是必须的，使用model solve elastic命令或model solve convergence命令。在UDEC中使用block solve ratio 1.0E-5 elastic命令。

(5) 在计算安全系数前考虑要不要启动节点混合离散化NMD算法，NMD的讨论参看下面的链接：

压缩试验模拟考虑的几个问题(本构模型和NMD算法)

耦合模拟---3DEC中的有限元块体([feblock]Finite element blocks in 3DEC)

(6) 在计算安全系数之前考虑要不要把所有节点的位移和速度初始化, 例如zone gridpoint initialize displacement (0,0,0)，UDEC使用block gridpoint init命令初始化。

(7) 当使用三维模型模拟一个二维平面应变问题时，没有必要把y方向的长度设置成大于一个单位厚度的数值，因为这可以大大减少运行时间但不损失结果精度。

(8) 当边坡需要锚固时，锚固的起始位置点必须与边坡面的网格点连接在一起，否则锚固不起作用。Itsaca软件不像其它软件可以直接用鼠标布置锚杆位置，为了精确地定位点的位置，需要使用gp.near函数获得锚固的起始位置点。

(9) 使用强度折减法计算安全系数，其位移可能不是真实的位移，以前在Plaxis的模拟中也讨论过类似问题，因此不必太多在意位移，主要检查安全系数和应变剪切带的形成。

(10) 迄今为止，有一个问题没有解决。尽管在计算安全系数时不必在意位移，锚固后的安全系数确实比没锚固时的安全系数提高了，但最大位移量确实比没锚固时的最大位移量大。这个问题还在继续考虑中。。。。。