反分析-Rocscience Slide2软件教程

1.0 引言

本教程演示了 Slide2 中的反分析（Back Analysis）功能。该功能可以确定在给定边坡中，为实现期望的安全系数所需的支护力。在开始本教程之前，建议先完成教程 07 - 支护教程，以熟悉本教程中使用的支护功能。

本教程涵盖的内容：

·支护反分析功能

·土工合成材料支护

·添加支护模式

·滑动面边界

·粒子群搜索（非圆形搜索）

完成效果：

本教程完成后的成果文件为 Tutorial 30 Back Analysis.slmd。所有 Slide2 安装时附带的教程文件，可通过 Slide2 主菜单选择 文件 > 最近文件夹 > 教程文件夹 来访问。

反分析是进行初步支护系统设计的有效工具，其优势包括：

·可在指定高程处计算所有分析滑动面所需的支护力；

·显示需要该支护力的临界滑动面；

·可用于圆形和非圆形滑动面分析；

更多详情，请参阅 反分析概述页面（Back Analysis Overview）。

2.0 模型（默认）

通过选择 文件 > 最近文件夹 > 教程文件夹 打开 Slide2 教程文件夹。

选择 Tutorial 30 Back Analysis – starting file.slmd 并点击“打开”。

该初始文件已定义几何和材料参数。模型包括一个由三层组成的挡土墙。请注意，其中包含 5 个附加工况以及一个主工况（Master Scenario），这些将用于支护设计过程。

起始模型：

3.0 计算与解释

首先需要验证当前边坡的安全系数是否低于目标值，并判断是否需要支护。为了确保设计安全，我们设定期望的安全系数（F.S.）为 1.5。

选择 分析 > 计算（点击“计算”图标），取消选择除“Group 1 – Master Scenario”以外的所有工况，仅运行该工况。

计算对话框：

计算完成后，选择 分析 > 解释（点击“解释”图标）以查看结果，此操作将启动解释器（Interpreter）。          
当前安全系数低于 1.5，因此需要在挡土墙上添加支护。

初始计算结果（Master 工况）：

4.0 支护力的反分析

现在我们将在挡土墙上执行支护力反分析，以确定实现安全系数为 1.5 所需的支护力。

关闭解释器窗口返回建模器（点击“模型”图标），并在文档浏览器中选择“Back Analysis”工况。          
依次选择 支护 > 反分析 打开“支护力反分析”对话框。

·勾选“计算支护荷载（Compute reinforcement load）”以启用反分析功能；

·输入期望的安全系数：1.5；

注意：
此过程在所有滑动面确定之后进行，因此其不影响安全系数的计算结果。任何安全系数已高于目标值的滑动面都不会参与计算。

由于临界滑动面穿过第二段挡墙，因此设置支护荷载高程为 17.5 米，约为该墙高度的一半。

点击“确定”。

支护力反分析对话框：

此时，可以看到一个水平箭头出现在挡墙上，代表了为实现目标安全系数（1.5）所需的支护力。

说明：

支护力仅在水平方向施加，并将在其施加方向上遇到的首个材料边界处被截断。

5.0 利用反分析结果进行设计

在 Interpreter 中查看 Back Analysis 工况的结果后，我们可以据此确定支护体系中每根土工合成材料所需的强度和长度。

计算并查看结果

与之前一样，选择 分析 > 计算，仅勾选 Back Analysis 工况并运行。随后点击 分析 > 解释 打开 Interpreter。

·在菜单中选择 数据 > Back Analysis > Active Force，或在工具栏的 Back Analysis 下拉菜单中选择 Active Force，确保显示的是主动支护力。

·此时，软件会给出针对当前墙段的支护力（1077 kN），并标明其类型（主动或被动），同时高亮显示需要此支护力的临界滑动面。

注意：

默认显示主动（Active）支护力，其通常小于被动（Passive）支护力。这两种力的临界滑动面是同一个。有关主动/被动力的区别，可参阅帮助文档 Active/Passive Force Application。

·若将该总力分配为 5 根支护，则单根约为 215 kN。

·选择 工具 > 测量，以反分析力的作用点为起点（可在提示行输入 (22, 17.5)），再取该反分析水平线与高亮临界滑动面的交点为终点。量得的水平距离约为 13 m。

因此，可尝试的初步支护方案：5 根土工合成材料，长度 13 m，单根强度 215 kN/m。

说明：

与力作用点不直接接触的滑动面质量不会计入分析；这些滑动面通常不受额外支护力影响。

6.0 初步支护模式设计

本教程所用的土工合成材料支护已预先定义；只需调整抗拉强度。

1.关闭 Interpreter 回到 Modeler，选择 Support Design 工况。

2.依次点击 属性 > 定义支护，选择 Mid Support 支护类型，将允许抗拉强度改为 215 kN/m，确认。

3.点击 支护 > 添加支护模式，确保 Support property 选择 Mid Support，设定 Support Length 为 13，确认。

4.以中间墙顶点 (22, 20) 为第一点，墙底 (22, 15) 为第二点，共布置 6 根支护。

随后选择 分析 > 计算，仅运行 Support Design 工况，再打开 Interpreter 查看结果。

在该模型中，临界滑动面通过 Particle Swarm 搜索（Spencer 法，Multiple Mins）得到。可以看到：

·所有滑动面的安全系数均低于目标 1.5；

·在上部墙段出现了更局部的失稳面——说明还需加强支护。

7.0 使用多次反分析完善设计

为完成设计，需要结合不同高度的 Back Analysis 结果与坡面限制（Slope Limits），针对局部滑动面进行优化。

1.关闭 Interpreter，返回 Modeler，选中 Back Analysis Force – Mid 工况。

2.再次执行 支护 > 反分析，勾选 Compute reinforcement load，目标 F.S. = 1.5，高程 17.5 m，确认。

3.右击左侧坡面限制，选择 Move Limits（或菜单 Surfaces > Slope Limits > Move Limits），将左侧限制拖至第二段墙边 (20, 15)。

通常应对其余 2 个工况重复此过程。为节省时间，本教程文件已设置好 Bottom 与 Top 两个 Back Analysis 工况：

·每个工况在不同高程施加反分析力

·并调整了相应坡面限制

7.1 计算并查看结果

·选择 分析 > 计算，计算 3 个 Back Analysis Force（mid、bot、top）工况。

·打开 Interpreter，同步查看三条反分析力在各自高程处的结果。

以 中部（Mid） 工况为例：

1.在工具栏 Back Analysis 下拉中选择 Show all surfaces with FS < 1.5（或菜单 数据 > Back Analysis 同功能），类似 Filter Surfaces。

2.使用 工具 > 测量，起点为反分析力位置，终点为显示带状区域内最深（水平距离最大）的滑动面与水平线交点（非临界反分析面）。

对 Bottom 与 Top 工况重复上步。结果汇总如下：

设计强度 ≈ 总力 ÷ 5（每段 5 根支护）。

7.2 运用坡面限制与失稳带进行设计

Back Analysis 的优势在于：对任何接触到的有效滑动面，都会给出达到目标 F.S. 所需的最大力。但在多段竖壁场景下，单一高程的反分析往往会触及深部大范围滑动面，导致力值过于保守。

通过调整坡面限制，可使反分析力聚焦于竖壁局部滑动面；再使用该“局部带”内最深滑动面来同时考虑最大力与必要长度，即可更合理地确定支护参数。深部大滑动面则可由下部支护（力臂更大）承担。对每段竖壁重复此流程，就能为各墙段设计出更经济、有效的支护体系，避免整体过度设计。

8.0 改进支护模式设计

基于前述的 Back Analysis 结果，我们可以为边坡每一段墙体施加新的支护模式。

1.点击 保存 图标，然后关闭 Interpreter。在 Modeler 中再次选择 Support Design 工况。

2.依次点击 属性 > 定义支护，根据第 7.1 节中每段墙体所需的支护强度调整各支护的允许抗拉强度，点击“确定”。

·中段支护（Mid） 设置示例：

·底部支护（Bottom） 设置示例：

·顶部支护（Top） 设置示例：

3.右键点击中间墙体上的已有支护图案，选择 删除图案（Delete Pattern） 删除原始支护。

4.点击 支护 > 添加支护图案 图标，添加新的支护。

对于 中部支护（Mid Support），设置支护长度为 7.0 m，点击“确定”。

然后，像之前一样从中墙顶部依次布置 5 根支护。

对其余两个工况重复上述操作：

·底墙（Bottom Wall）：设定支护长度为 15.1 m，并增加一根支护（总共 6 根）；

·顶墙（Top Wall）：设定支护长度为 5.0 m，布置 5 根支护。

最终模型将包含 三组支护模式，分别作用于顶、中、底三段墙体。

8.1 计算与结果查看

点击 分析 > 计算 图标，仅运行 Support Design 工况。          
随后打开 Interpreter 查看分析结果。

三组支护模式的分析结果：

与初始设计相比，结果明显改善。对于上部两段墙体中更局部的失稳面，安全系数已接近目标值 1.5。此时可进一步优化：

·延长支护长度，

·提高支护强度，

·或两者结合。

例如：

·将顶部与中部支护长度分别增加至 8 m 和 10 m，可使安全系数超过 1.5；

·或将支护强度分别提高至 20 kN/m（顶部）和 75 kN/m（中部）以满足要求。

9.0 额外练习

本教程中 顶部与底部墙体 的 Back Analysis 模型，是按照中部墙体相同的方法预先设置的。

作为额外练习，可尝试自行设置以下内容：

·创建对应的 Back Analysis 工况；

·设置适当的 反分析高程 与 坡面限制；

·并确定所需支护力与长度（参照本教程提供的数据）。

此外，还可以通过调整支护的长度和/或强度，使安全系数达到目标值 1.5。

10.0 总结

本教程演示了如何使用 Support Back Analysis（支护反分析） 功能进行边坡稳定性初步支护设计。

通过本教程介绍的操作流程，即便是复杂场景（如本例中的挡土墙），也可快速构建多种支护类型。

尽管最终仍需迭代优化设计，但 Back Analysis 功能 能极大加快设计过程，并为支护模式提供可靠的初始方案。

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