Расчёт коэффициента устойчивости склона

Целью данной задачи является расчёт коэффициента устойчивости, согласно СП 116.13330 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов».

Более подробно о реализации данного вида расчёта в CAE Fidesys описано в статье Метод снижения прочности

Референсом данной задачи является видео. Авторы видео выполняли расчёт в программном комплексе Rocscience.

Построение модели

1. Создайте вершину.

На панели команд выберите модуль построения геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Вершина, Действие — Создать).

Из списка геометрических примитивов выберите Координаты.

Задайте следующие параметры:

Координаты X: 0;.
Координаты Y: 0;
Координаты Z: 0.

Нажмите Применить.

2. Создайте вершину.

На панели команд выберите модуль построения геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Вершина, Действие — Создать).

Из списка геометрических примитивов выберите Координаты.

Задайте следующие параметры:

Координаты X: 130;.
Координаты Y: 0;
Координаты Z: 0.

Нажмите Применить.

3. Создайте вершину.

На панели команд выберите модуль построения геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Вершина, Действие — Создать).

Из списка геометрических примитивов выберите Координаты.

Задайте следующие параметры:

Координаты X: 130;.
Координаты Y: 50;
Координаты Z: 0.

Нажмите Применить.

4. Создайте вершину.

На панели команд выберите модуль построения геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Вершина, Действие — Создать).

Из списка геометрических примитивов выберите Координаты.

Задайте следующие параметры:

Координаты X: 80;.
Координаты Y: 50;
Координаты Z: 0.

Нажмите Применить.

5. Создайте вершину.

На панели команд выберите модуль построения геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Вершина, Действие — Создать).

Из списка геометрических примитивов выберите Координаты.

Задайте следующие параметры:

Координаты X: 50;.
Координаты Y: 30;
Координаты Z: 0.

Нажмите Применить.

6. Создайте вершину.

На панели команд выберите модуль построения геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Вершина, Действие — Создать).

Из списка геометрических примитивов выберите Координаты.

Задайте следующие параметры:

Координаты X: 0;.
Координаты Y: 30;
Координаты Z: 0.

Нажмите Применить.

7. Создайте поверхность по вершинам.

На панели команд выберите модуль построения поверхностной геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Поверхность, Действие — Создать).

Из списка геометрических примитивов выберите Список вершин.

Укажите необходимые параметры:

ID вершин(ы): all.

Нажмите Применить.

Построение сетки

1. Задайте схему.

На панели команд выберите модуль построения поверхностной сетки (Режим — Сетка, Объект – Поверхностная, Действие – Построение сетки).

Из выплывающего списка выберите Треугольная.

Выбрать поверхности: 1.

Нажмите Применить схему.

2. Постройте конечно-элементную сетку.

На панели команд выберите модуль построения поверхностной сетки (Режим — Сетка, Объект – Поверхностная, Действие – Интервалы).

Из выплывающего списка выберите Задать размер.

Выбор поверхностей: 1;
Примерный размер: 2.

Нажмите Применить.

Нажмите Построить сетку.

Задание материала и свойств блоков

1. Создайте материал.

На панели команд выберите модуль задания свойств материала (Режим — Материал, Объект — Управление материалами).

В открывшемся виджете Управление материалами в средней колонке укажите имя Material l.

В колонке свойств откройте раздел Упругость и из подраздела Изотропный материал в колонку Свойства материала перетащите следующие параметры:

Модуль Юнга: 5e+07;
Коэффициент Пуассона: 0.4.

Откройте раздел Общие и перетащите название Плотность в колонку Свойства материала.

Задайте следующие параметры:

Плотность: 2700.

Откройте раздел Пластичность и перетащите название Критерий Кулона-Мора в колонку Свойства материала:

Когезия: 5000;
Угол внутреннего трения: 30;
Угол дилатансии: 0.

Нажмите Применить.

Закройте окно Управление материалами.

2. Создайте блок. На панели команд выберите модуль управления блоками (Режим — Блоки, Объект — Блок, Действие — Добавить сущность в блок).

Задайте следующие параметры:

ID блока: 1;
Список сущностей: Поверхность;
ID объекта(ов): 1.

Нажмите Применить.

3. Задайте параметры блока.

На панели команд выберите модуль управления блоками (Режим — Блоки, Объект — Блок, Действие — Свойства/параметры блока).

Задайте следующие параметры:

ID блока(ов): 1;
Категория: Плоскость;
Материал: Material 1;
Система координат: Глобальная декартова;
Порядок: 2.

Нажмите Применить.

Задание граничных условий

1. Закрепите левую и правую стороны по Х.

На панели команд выберите модуль задания граничных условий (Режим — Граничные условия, Объект — Перемещение, Действие — Создать).

Задайте следующие параметры:

Список сущностей: Кривая;
ID объекта(ов): 2 6;
Степени свободы: X = 0.

Нажмите Применить.

2. Закрепите нижнюю сторону по Y.

На панели команд выберите модуль задания граничных условий (Режим — Граничные условия, Объект — Перемещение, Действие — Создать).

Задайте следующие параметры:

Список сущностей: Кривая;
ID объекта(ов): 1;
Степени свободы: Y = 0.

Нажмите Применить.

3. Задайте гравитацию глобально.

На панели команд выберите модуль задания граничных условий (Режим — Граничные условия, Объект — Гравитация, Действие — Создать).

Задайте следующие параметры:

Список сущностей: Глобально;
Направления: Y;
Значение: -9.81.

Нажмите Применить.

Запуск расчёта

1. Задайте тип задачи, которую требуется решить.

На панели команд выберите модуль настройки расчёта (Режим — Расчет, Расчет — Метод снижения прочности).

Задайте следующие параметры расчета:

ID расчёта: 1;
Размерность: 2D;
Начальный коэффициент: 1;
Начальное приращение: 1;
Макс. число итераций: 50;
Точность: 0.001.

Нажмите Применить.

Нажмите Начать расчет.

2. В появившемся окне выберите директорию, в которой будет сохранён результат, и введите название файла.

3. После запуска на расчёт, в Командной строке будет отображаться информация о серии расчётов:

4. В случае успешно проведённого расчёта в консоли отобразится сообщение: Calculation finished successfully at "date" "time".

Анализ результатов

Результатом расчёта будет являться коэффициент SRF, который выводится в командную строку:

Коэффициент устойчивости в CAE Fidesys составил Found SRF: 1.076. В Rocscience (ссылка на расчёт прикреплена в начале статьи) - Critical SRF: 1.09. Разница между коэффициентами составляет 1.3%.

Использование консольного интерфейса

Построение геометрии, генерацию сетки, задание граничных условий и материалов можно контролировать с помощью консольного интерфейса. Ниже приведён код реализации шагов программного обеспечения, описанных выше. Необходимо только самостоятельно указать полный путь и название сохраняемого файла.

Скрипт для пошагового примера