Comparison of Modelling Slope Failure using Shear Strength Reduction (SSR) Procedures and an Informed Multi-Stage Approach

ABSTRACT: Geotechnical engineers commonly rely on standard geotechnical Finite Element Method (FEM) software with built-in Shear Strength Reduction (SSR) procedures to compute the Factor of Safety (FoS) for slope stability problems. Some built-in SSR procedures, such as in Rocscience's RS2, solve SSR trials as individual and independent analyses, not considering previously computed trials. This paper compares the results obtained using RS2's built-in SSR procedures to a multi-stage approach where strength parameters are reduced manually, and the previously computed trial solutions inform the subsequent SSR trial models. Homogeneous and multi-material elastic-perfectly plastic slope models are developed to compare the results for FoS, run time, and nodal displacement patterns. The "informed" multi-stage models result in faster trial solution convergence and overall model computation time compared to traditional SSR analyses, especially for fine FEM meshes and models with stricter convergence tolerance. Additionally, the multi-staged strength reduction models result in smoother nodal displacements than SSR trial solutions. The staged strength reduction models result in Factors of Safety equal to or less than the built-in SSR procedure for all slope models developed.

RÉSUMÉ: Les ingénieurs en géotechnique se fient généralement sur des logiciels standards de la méthode des éléments finis (MEF) qui utilisent des procédures intégrées de réduction de la résistance au cisaillement (SSR) pour calculer le facteur de sécurité (FoS) des problèmes de stabilité des pentes. Certaines procédures SSR intégrées, comme dans RS2 de Rocscience, résolvent les essais SSR comme des analyses individuelles et indépendantes, sans tenir compte des essais calculés précédemment. Cet article compare les résultats obtenus en utilisant les procédures SSR intégrées de RS2 à une approche à plusieurs étapes où les paramètres de résistance sont réduits manuellement, et les solutions d'essai calculées précédemment informent les modèles d'essai SSR suivants. Des modèles de pente homogènes et multi-matériaux plastiques-élastiques parfaits sont développés afin de comparer les résultats pour le FoS, le temps d'exécution et les patrons de déplacement nodal. Les modèles multi-étapes "informés" permettent une convergence des solutions d'essai et un temps de calcul global du modèle plus rapide par rapport aux analyses SSR traditionnelles, en particulier pour les maillages MEF fins et les modèles avec une tolérance de convergence plus stricte. En outre, les modèles de réduction de la résistance à plusieurs niveaux produisent des déplacements nodaux plus lisses que les solutions d'essai SSR. Les modèles de réduction de la résistance par étapes donnent des coefficients de sécurité égaux ou inférieurs à ceux de la procédure SSR intégrée pour tous les modèles de pente développés.