[#32691] Add LEM methods in CALC_STAB_PENTE

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Numéro de fiche : 32691 Ajout des méthodes LEM dans la macro-commande CALC_STAB_PENTE (l'ancienne CALC_SRM)

Pièces jointes :

*Les cas-tests ssnp07 et ssnp507 ont été ajoutée dans le dépôt de validation aster en raison de leur très longue durée de calcul. Les autres cas-tests se trouvent dans src/astest.

Problème/Objectif

L'analyse de stabilité des digues et des barrages en remblai est un processus indispensable selon les standards en vigueur dans l'industrie hydraulique du monde. De ce fait, basée sur la méthode SRM (Strength Reduction Method), la macro-commande CALC_SRM a été développée et intégrée dans Code_Aster en janvier 2023. Bien que cette méthode soit numériquement simple et s'adapte à la plupart des circonstances industrielle, ses inconvénients résident dans les 3 aspects suivants :

  1. La pertinence du résultat dépend fortement de la configuration du calcul FEM.
  2. Le calcul FEM non-linéaire quasi-statique conduit à un temp de calcul d'autant plus élevé que les paramètres SRM sont mal configurés.
  3. La méthode SRM ne fait pas partie dans les méthodes d'analyse exigées dans certains standards du métier, ce qui empêche éventuellement son application industrielle.

Il est donc nécessaire de se disposer d'un moyen de vérification et d’une alternative de la méthode SRM dans la macro-commande CALC_SRM. Ce développement supplémentaire de CALC_SRM consiste à y ajouter les méthodes d'analyse de stabilité basée sur la théorie d'équilibre limite (LEM). 4 méthodes (2 catégories) LEM ont été développées : • Méthodes de Fellenius et Bishop simplifié pour les surfaces de rupture circulaire. • Méthodes de Spencer et Morgenstern-Price pour les surfaces de rupture non-circulaire. Ces méthodes découpent la pente en plusieurs tranches qui sont considérées comme corps rigides. Etant donnée une surface de rupture potentielle, le calcul du facteur de stabilité se fait par résoudre le bilan des forces et des moments de l'ensemble des tranches. Les 4 méthodes de calcul se distinguent par les hypothèses de simplification sur les forces d'interaction entre les tranches.

Afin de repérer la surface critique minimisant le facteur de sécurité, on a développé les algorithmes d'optimisation adaptés à la forme des surfaces. On emploie la méthode d'exhaustion pour les surfaces circulaires (Fellenius et Bishop), et l'algorithme de feu d'artifice amélioré (EFWA) pour les surfaces non-circulaires (Spencer et Morgenstern-Price).

En outre, afin d'éliminer l'influence de la finesse du maillage sur le résultat du facteur de sécurité, on automatise le raffinement du maillage dans la macro à l'aide de MACR_ADAP_MAIL. Le raffinement est piloté par un champ de proximité afin de raffiner les mailles uniquement sur le contour des tranches.

Maintenant la macro-commande se disposant à la fois les méthodes SRM et LEM, on a modifié le nom de la macro en CALC_STAB_PENTE pour éviter la méprise des utilisateurs.

Ainsi on arrive à enrichir les fonctionnalités de l'opérateur CALC_STAB_PENTE de sorte qu'elle remplisse parfaitement les nécessitées de l'industrie hydraulique et accompagne Yuansuan lors de son exploitation dans la marché chinoise. Développement Décrire de ce qu'on a fait, comment on utilise. Éventuellement, donner un exemple de syntaxe. Dire quel type de validation a été fait (test analytique, de non régression, ...les plus courts possibles). Basée sur la macro-commande CALC_SRM (CALC_STAB_PENTE), les 4 méthodes LEM (Bishop, Fellenius, Morgenstern-Price, Spencer) ont été développées par un travail commun entre Yuansuan, EDF R&D et le CIH. La macro permet de chercher la surface de rupture circulaire ou multilinéaire, et de calculer le facteur de sécurité par la méthode choisie. Elle raffine automatiquement le maillage sur le contour des tranches afin d’éliminer son influence sur le résultat. Le calcul LEM prend en entrée le champ des matériaux, les limites des paramètres géométriques de la surface potentielle de rupture et les paramètres de l’algorithme d’optimisation (EFWA). Toutes les méthodes fournissent une visualisation de la surface de rupture (résultat evol_noli) sous la demande de l’utilisateur.

Jusqu’à 12 avril, les développements des fonctionnalités mentionnées ci-dessus se sont terminées. La macro a été validée en matière scientifique et informatique. On donne les exemples d’utilisation ci-dessous :

Exemple d’analyse de stabilité avec surface de rupture circulaire :

__CHMAT = AFFE_MATERIAU(AFFE=_F(TOUT = 'OUI', MATER=(sol, )), AFFE_VARC = _F(NOM_VARC = 'PTOT', TOUT = 'OUI', CHAM_GD = CHSEEP), MAILLAGE=mesh)

TABFS = CALC_STAB_PENTE(CHAM_MATER = __CHMAT, METHODE_STAB = 'LEM', METHODE_LEM = 'BISHOP', GROUP_MA = ('range_pente',), NB_TRANCHE = nb_tran, X1_MINI = 3., X1_MAXI = 3., X2_MINI = 13.2, X2_MAXI = 13.2, NB_POINT_1 = 1, NB_POINT_2 = 1, CHAM_DEFO = CO('chamdef'), )

Exemple d’analyse de stabilité avec surface de rupture non-circulaire :

__CHMAT = AFFE_MATERIAU(AFFE=(_F(GROUP_MA=('slope', ), MATER=(sol_dur, )), _F(GROUP_MA=('weak', ), MATER=(sol_mou, ))), AFFE_VARC = _F(NOM_VARC = 'PTOT', CHAM_GD = CHSEEP, TOUT = 'OUI'), MAILLAGE=mesh)

TABFS = CALC_STAB_PENTE(CHAM_MATER = __CHMAT, METHODE_STAB = 'LEM', METHODE_LEM = 'MORGENSTERN_PRICE', GROUP_MA = ('range_pente',), NB_TRANCHE = nb_tran, RAFF_MAIL = _F(NB_RAFF_MAXI = 4,), X1_MINI = 1.8, X1_MAXI = 2.4, X2_MINI = 15.6, X2_MAXI = 16.2, ALGO_EFWA = _F(ITER_MAXI = 30, A = 50),
CHAM_DEFO = CO('chamdef'), )

On a développé deux cas de validation et un cas de vérification pour valider les fonctionnalités LEM :

  1. SSNP06 : Analyse de stabilité d’une pente homogène par la méthode Bishop. Ce cas de validation provient du cas test du logiciel commercial Plaxis2D avec une solution de référence.
  2. SSNP07 : Analyse de stabilité d’une pente non-drainée avec couche faible par la méthode Morgenstern-Price. Ce cas de validation est issu de l’article de D. V. Griffiths avec une solution de référence.
  3. ZZZZ146 : Validation informatique des méthodes LEM dans la macro-commande CALC_STAB_PENTE. Ayant pas de sens scientifique, ce cas de vérification comprend 2 modélisations validant la programmation informatique.

Les fichiers python modifiées et renommées :

  • calc_srm.py --> calc_stab_pente.py (catalogue de la macro)
  • calc_srm_ops.py --> calc_stab_pente_ops.py (main script)
  • calcsrm.py --> calcstabpente.py (catalogue de message UTMESS)

Autres fichiers modifiés dans SRC :

  • vocab01a.34 (ajout des nouvelles vocabulaires)

Les cas tests ajoutés :

  • SSNP06 : Analyse de stabilité d’une pente homogène par la méthode Bishop.
  • SSNP06 : Analyse de stabilité d’une pente non-drainée avec couche faible par la méthode Morgenstern-Price.
  • ZZZZ146 : Validation informatique des méthodes LEM dans la macro-commande CALC_STAB_PENTE.

Les cas tests modifiés :

  • ZZZZ135 : Validation informatique des méthodes SRM dans la macro-commande CALC_STAB_PENTE.
  • SSNP507 : Stabilité d'une pente argileuse non-drainée sur la fondation faible

Les docs créés :

  • R7.05.02 : Méthode d’analyse de stabilité des pentes en remlai.
  • V1.01.146 : cas test ZZZZ146
  • V6.03.006 : cas test SSNP06
  • V6.03.007 : cas test SSNP07

Les docs modifies :

  • U4.84.47 : Macro-commande CALC_STAB_PENTE
  • V6.03.507 : cas test SSNP507
  • V1.01.135 : cas test ZZZZ135
Edited by Yu TAN

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