Slope stability analysis and discontinuous slope failure simulation by elasto-plastic smoothed particle hydrodynamics (SPH)

摘要

La plupart des analyses de stabilité des pentes emploient, comme méthodes standards, des méthodes d'équilibre limite et la méthodes aux éléments finis. Toutefois, l'instabilité des pentes s'accompagne fréquemment d'une rupture discontinue du terrain, qui ne peut être modélisée avec les méthodes d'équilibre limite ou aux éléments finis. Pour résoudre ce problème, la présente communication se penche sur une extension de la méthode de l'hydrodynamique par particules adoucies [smoothed particle hydro-dynamics (SPH)] pour évaluer la stabilité d'une pente et simuler le comportement de post-rupture du sol. Pour la stabilité de la pente, on emploie la technique de réduction de la résistance au cisaillement, en ajoutant un critère de rupture' modifié pour distinguer les solutions convergentes des solutions non convergentes, afin d'estimer le facteur de sécurité de la pente, et on détermine une surface de glissement critique sur la base d'un tracé des déformations plastiques accumulées. Afin de tenir compte de la pression interstitielle, on a développé une nouvelle formulation SPH pour le mouvement du sol. On propose que cette équation pourrait être appliquée pour des développements ultérieurs du SPH pour des sols saturés. A titre d'application de la méthode proposée, plusieurs analyses de la stabilité de pentes, par la méthode SPH, et leurs simulations correspondantes de la rupture de pentes, sont présentées et comparées avec d'autres solutions. Les résultats démontrent qu'elles sont en accord avec d'autres méthodes sur le plan du facteur de sécurité et de la surface de glissement critique. En outre, le SPH présente, par rapport à ces méthodes traditionnelles, l'avantage de pouvoir simuler des grandes déformations et le post-rupture du sol, et est en mesure de traiter une vaste gamme d'applications en géomécanique computa-tionnelle, en particulier celles qui comprennent de grandes déformations et la rupture de géomatériaux.%Most slope stability analyses have employed limit equilibrium methods (LEMs) or the finite-element method (FEM) as the standard approach. However, slope instability is often accompanied by discontinuous failure of the soil, which cannot be modelled by either LEMs or FEM. To overcome this limitation, this paper presents an extension of the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method to evaluate the stability of a slope, and to simulate the post-failure behaviour of soil. For the slope stability analysis, the shear strength reduction technique with a modified failure criterion for distinguishing convergent from /ton-convergent solutions is applied to estimate the safety factor of a slope, and the critical slip surface is determined from a contour plot of accumulated plastic strain. To take the pore water pressure into account, a new SPH formulation for soil motion is developed. It is suggested that this equation can be applied to further developments of SPH for saturated soil. As an application of the proposed method, several smoothed particle slope stability analyses and corresponding slope failure simulations are presented, and compared with other solutions. The results show good agreements with other methods in terms of the safety factor and the critical slip surface. As compared with such traditional methods, however, an advantage of SPH is that it can simulate large deformation and post-failure of soil, and can thereby treat a wide range of applications in computational geomechanics, especially those that include large deformation and failure of geomaterials.