The effect of strength envelope nonlinearity on slope stability computations

摘要

Engineering analysis of slope stability includes three separate but interrelated phases: (a) experimental strength measurements, (b) determination of a strength envelope that best fits the experimental results, and (c) formal limiting equilibrium analysis using the resulting strength envelopes. Studying the interrelations between these phases leads to an integrated approach to slope stability analysis. The present work uses a single experimental database that is fitted with both linear (Mohr–Coulomb) and nonlinear failure envelopes and investigates the effect of different forms of the failure criterion on slope stability computations for both 2D and 3D problems. It has been indicated that calculated minimum safety factors could be significantly overestimated by the linear approximation of a nonlinear strength envelope. The effect of neglecting strength envelope nonlinearity is more pronounced under 3D conditions than in a 2D simplification. As a result, the use of nonlinear failure criterions in slope stability analyses is recommended to account for the stress-dependent nature of the shear strength of soils.Key words: nonlinear strength envelope, Mohr–Coulomb failure criterion, limit equilibrium, critical slip surface, minimum factor of safety, three-dimensional stability analysis.L'analyse et le calcul de la stabilité des talus comprennent trois phases différentes, mais reliées entre elles : (a) la mesure expérimentale de la résistance, (b) la détermination de l'enveloppe de résistance qui correspond le mieux aux résultats expérimentaux, et (c) l'analyse formelle d'équilibre limite en utilisant les enveloppes résultantes de résistance. L'étude des interrelations entre ces phases conduit à une approche intégrée d'analyse de stabilité de talus. Le présent travail utilise une seule base de données expérimentales qui concorde avec les enveloppes de rupture tant linéaires (Mohr–Coulomb) que non linéaires, et étudie l'influence de différentes formes de critères de rupture sur les calculs de stabilité de talus pour les problèmes tant 2D que 3D. Il a été montré que les coefficients minimum de sécurité calculés pourraient être appréciablement surestimés par l'approximation linéaire d'une enveloppe de résistance non linéaire. L'effet de négliger la non linéarité de l'enveloppe de résistance est plus prononcé dans les conditions 3D que dans la condition simplifiée à 2D. En conséquence, l'utilisation des critères de rupture non linéaires dans les analyses de stabilité de talus est recommandée pour tenir compte de la nature de la résistance au cisaillement des sols dépendante de la contrainte.Mots clés : enveloppe de résistance non linéaire, critère de rupture Mohr–Coulomb, équilibre limite, surface de glissement critique, coefficient de sécurité minimum, analyse de stabilité tridimensionnelle.[Traduit par la Rédaction]