双层土边坡稳定性分析出现的问题

1 引言

昨天在看别人作的一个边坡稳定性分析时，无意中发现他的位移计算结果好像有问题，于是自己验算了一下。下面记录了用Plaxis 2D分析一个双层土边坡稳定性(slope stability.p2dx)时遇到的问题以及可能的解决方法。

2 模拟要点

(1) 模型建立。用"创建钻孔"工具可以迅速建立多层地层模型并设置材料参数，这种模型的边界是矩形，适用于桩基础和沉降模拟，但对于边坡这样的非矩形边界不能直接适用。尽管可以使用多边形修改工具改变成边坡形状，但操作起来非常笨拙，需要不断地添加点和移动点，因此感觉这种处理方法不好。 

因此最直接的方法是对上下层分别"创建土体多边形"。还有一种方法是首先把边坡的外边界画出来，然后使用"剪切多边形"命令把边坡模型分割成两层。当使用这个命令后系统删除了原来的Polygon_1，产生新的Polygon_1(Soil_1)和Polygon_2(Soil_2)，目前正在作的这个例题模型就是使用这种方法产生出来的。这种方法类似于Rocscience软件定义的外部边界和内部边界，更符合岩土工程师划分地层的思维。

(2) 设置参数。最简单的设置材料参数的方法是返回到“土体”，使用“显示材料”图标，这将打开"材料集"对话框，通过”新建”按钮输入材料参数。当然，也可以通过左侧的“模型浏览器”下属的“土体”编辑材料参数。当两层土的参数输入完成后，通过拖拉方式赋值给模型，这一点类似于Slide和RS2的操作方式。为了计算边坡的长期稳定性，两层土的排水条件使用了“排干”选项，但Plaxis不能控制非饱和密度和饱和密度的选择，无论在什么情况下都必须输入这两个值。感觉这一点儿处理的不好。在Slide中，如果不设置地下水位，那么仅使用非饱和密度，自动关闭了饱和密度的输入，这么处理更合理一些。 

(3) 计算步骤。初始阶段生成初始应力条件，计算类型选择重力荷载，边坡稳定性分析不使用ko过程。增加一个阶段计算安全系数，Plaxis的计算类型共有6个选择：塑性，固结，安全，动力，流固耦合，动力固结，试着选择了"塑性"，计算结果不太理想，感觉在目前的条件下，直接选择"安全"是比较可靠的选择。

(4) 结果评价。下图所示的是位移云图和最大剪应变图，位移云图的显示似乎没有问题，但计算出来的位移值确实非常大，目前还没有检查出究竟是啥原因。

不过计算的安全系数应该是合理的，如下图所示，计算出的安全系数是1.33，表明边坡是稳定的。

3 其它程序验证

相同的问题使用Slide进行了计算，结果显示安全系数是1.38(左图)，比Plaxis计算的1.33稍微大一些。使用Phase2计算出的安全系数是1.43，最大剪应变图如下所示(右图)，Phase2计算出来的位移非常合理。接下来将试验<Phi-C reduction and comparison with Bishop's method>中例子来找出发生位移错误的具体原因，感觉问题出现在分阶段施工的设置步骤上。