有限元应力下的边坡稳定性分析(sigma)

合集下载

常用的边坡稳定性分析方法

第一节概述 (1)

一、无粘性土坡稳定分析 (1)

二、粘性土坡的稳定分析 (1)

三、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 (1)

四、土坡稳定分析讨论 (1)

第二节基本概念与基本原理 (1)

一、基本概念 (1)

二、基本规律与基本原理 (2)

（一）土坡失稳原因分析 (2)

（二）无粘性土坡稳定性分析 (3)

（三）粘性土坡稳定性分析 (3)

（四）边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 (7)

（五）土坡稳定分析的几个问题讨论 (8)

三、基本方法 (9)

（一）确定最危险滑动面圆心的方法 (9)

（二）复合滑动面土坡稳定分析方法 (9)

常用的边坡稳定性分析方法

土坡就是具有倾斜坡面的土体。土坡有天然土坡，也有人工土坡。天然土坡是由于地质作用自然形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等；人工土坡是经过人

工挖、填的土工建筑物，如基坑、渠道、土坝、路堤等的边坡。本章主要学习目前常用的边坡稳定分析方法，学习要点也是与土的抗剪强度有关的问题。

第一节概述

学习土坡的类型及常见的滑坡现象。

一、无粘性土坡稳定分析

学习两种情况下(全干或全淹没情况、有渗透情况)无粘性土坡稳定分析方法。要求掌握无粘性土坡稳定安全系数的定义及推导过程，坡面有顺坡渗流作用

下与全干或全淹没情况相比无粘性土土坡的稳定安全系数有何联系。

二、粘性土坡的稳定分析

学习其整体圆弧法、瑞典条分法、毕肖甫法、普遍条分法、有限元法等方法在粘性土稳定分析中的应用。要求掌握圆弧法进行土坡稳定分析及几种特殊条件下土坡稳定分析计算。

三、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法

边坡稳定性分析方法

边坡稳定性问题涉及矿山工程、道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域。岩土边坡是一种自然地质体，一般被多组断层、节理、裂隙、软弱带切割，使边坡存在削弱面，在边坡角变化、地下水、地震力、水库蓄水等外因作用下，使边坡沿削弱面产生相对滑移而产生失稳。

边坡稳定性分析过程一般步骤为：实际边坡→力学模型→数学模型→计算方法→结论[4]。其核心内容是力学模型、数学模型、计算方法的研究，即边坡稳定性分析方法的研究。边坡稳定分析方法研究一直是边坡稳定性问题的重要研究内容，也是边坡稳定研究的基础。

1 边坡稳定性研究发展状况

边坡稳定性的分析研究始于本世纪二十年代，最早是对土质边坡的稳定性进行分析和计算，直到60年代初，岩体边坡的稳定性分析研究才开始进行。早期对边坡稳定性的研究主要从两方面进行的：一是借用刚体极限平衡理论，根据三个静力平衡条件计算边坡极限平衡状态下的总稳定性。二是从边坡所处的地质条件及滑坡现象上对滑坡发生的环境及机制进行分析，但基本上都是单因素的。

50年代，我国许多工程地质工作者，在研究中采用前苏联的“地质历史分析”法，也是偏重于描述和定性分析。60年代初的意大利瓦依昂水库滑坡及我国一些水电工程及露天矿山遇到的大型滑坡和岩体失稳事件，使工程地质学家们认识到边坡是一个时效变形体，边坡的演变是一个时效过程或累进性破坏过程，每一类边坡都有其特定的时效变形形式或时效变形过程，这些过程所包含的力学机制只有用近代岩石力学理论才能解释，从而使边坡稳定性研究进入了模式机制研究或内部作用过程研究的新阶段。

经验交流：边坡稳定分析的有限元法简介

传统方法的边坡稳定分析采用极限平衡法，极限平衡法现今已发展到非常系统完整，甚至可以说是精致，这些的分析方法大家可以看陈祖煜教授著作《土质边坡稳定分析―原理方法程序》。

极限平衡法对边坡稳定作出了巨大的贡献，但是该方法只能提供宏观的稳定性，不能对边坡的应力分布、变形大小作全面的分析，同时对于复杂的边坡，如当边坡由非均质和各向异性材料组成时，或边坡是由开挖再回填形成的等等，极限平衡法就无能为力了，甚至得出错误的结论。

很早以前就有用有限元法分析边坡的稳定性，我看过一本70年代美国矿产局编写的边坡手册，就简略的论述了该方法，80年代国内也有工程采用有限元法，但当时大都采用弹性理论，对于高度非线性的岩土材料，当然不能完全反映出边坡的真实情况。

随着计算机的高速发展，越来越多的工程采用有限元方法进行边坡分析，与传统的极限平衡法相比边，坡稳定分析的有限元法的优点可总结如下(陈祖煜)：

(1)破坏面的形状或位置不需要事先，假定破坏自然地发生在土的抗剪强度不能抵抗剪应力的地带

(2)由于有限元法引入变形协调的本构关系因此也不必引入假定条件保持了严密的理论体系

(3)有限元解提供了应力变形的全部信息

采用有限元方法分析边坡的大概有以下几种：

(1)按照弹塑性理论，对边坡进行有限元分析，得出边坡完整的应力应变变形成果，可以预测边坡区域由弹性变为塑性的完整演进过程，为边坡的治理、施工方法提供依据。现在很多程序可以进行此类分析。

(2)首先采用传统的极限平衡法，找出最小安全系数的滑移面，或者已知滑移面，然后进行有限元分析，将滑移面位置设置薄层单元或接触单元，不断降低薄层单元的力学参数，直至边坡失去平衡，边坡的安全系数就是强度指标（摩尔库仑模型的凝聚力C和摩擦系数tanφ）降低的倍数。如《边坡抗滑稳定安全系数的有限元迭代解法》（李同春卢智灵姚纬明曹广德河海大学水利水电工程学院）一文就采用此方法。该方法需要预先定义滑移面位置，不能找出其他潜在滑移面，对已知滑移面的情况很适用，对一般边坡并不适用。很多程序可以完成此类分析。

边坡稳定性分析2篇

边坡稳定性分析（一）

引言

边坡是指在道路、河道、铁路、水库、矿山等山区地带或特殊地质条件下，因建设需要而开挖或局部破坏岩土体，形成的斜坡或峭壁。由于其受自然环境、地质条件、工程施工等诸多因素的影响，边坡容易发生滑坡、崩塌和塌方等不稳定现象，给工程运行和周围环境造成极大的危害与损失。因此，边坡稳定性分析对于确保工程安全运行和人民生命财产安全具有十分重要的意义。

稳定性分析方法

边坡稳定性分析常见的方法有多种，主要包括力学分析法、有限元数值模拟法、模型试验法等。以力学分析法为例，首先需要对边坡的主要信息进行调查，包括边坡地质、工程地质、水文地质、地下水位、工程建设历史等。其次，根据荷载和载荷的方向、大小、分布等条件，选取合适的地质模型、荷载模型，并采用合理的力学方法进行稳定性分析。最后，根据分析结果，提出相应的加固和治理方案。

分析评估指标

边坡稳定性分析的主要指标包括破坏形式、安全系数以及承载能力等。其中，破坏形式是指发生破坏时边坡的形态和特征，它直接影响到治理方案的制定和实施。安全系数是衡量边坡稳定性的重要指标，其定义为承载力与荷载的比值，即：$${\rm {安全系数}}={\rm {承载力}}\div{\rm {荷

载}}$$

三种承载状态及相应的安全系数如下：

1.安全状态：安全系数大于1.5；

2.可疑状态：安全系数介于1.0-1.5，需要加强监测和治理；

3.失稳状态：安全系数小于1.0，已进入失稳状态，需立即采取加固措施。

承载能力是指边坡抵抗荷载的能力和承受破坏的最大荷载。在进行稳定性分析时，需要根据边坡的承载能力和荷载特点来确定合适的安全系数范围，以确保边坡的稳定性。

边坡稳定性分析原理及防治措施

第一部分边坡稳定性分析原理及防治措施

1.边坡稳定性基本原理

1.1边坡稳定性精确分析原理

要对边坡稳定性问题进行精确分析，首先要对材料性能进行透彻的的研究实验，查清它的各种应力--应变关系以及它的屈服、破坏条件。假定这些问题都已查清，那么从理论上讲，边坡在指定荷载下的稳定性问题是可以精确解决的。七步骤大致如下：

（1）进行边坡在指定荷载下的应力、变形的精确分析。分析过程中，要采用合理的数学模型来反映材料的特性，务使这种数学模型能够如实表达出材料的主要性能，例如应力—应变间的非线性、卸载增荷性质、屈服破坏性质等等。分析工作要通过计算机和非线性有限单元法进行。

（2）这种精确计算的数学分析将给出各点应力、应变值。例如，就抗剪问题讲，通过分析得到了每一点上的抗剪强度τ= c +fσ，从而可以算出每一部分点上的局部安全系数。如果每一点上的K均大于1，整个计算体系在抗剪上当然是安全的。如果有个别点已达屈服，则由于在计算程序中已反映力材料性质，这

，表明这些部位已进入屈服状态。只要这些屈服区是些部位的τ将自动等于τ

孤立的、小范围的，而没有形成连贯的破坏面，那么，在指定荷载下该体系仍是稳定的。进入屈服状态的部位大小，野可以给出一个安全度的概念。反之，如果屈服的部位已经连成一个连贯的破坏面，甚至已求不出一个满足平衡要求的解答，就说明该体系在指定荷载下已不能维持稳定。

（3）如果要推算“安全系数”，首先要给出安全系数的定义。

第一种方法，是将荷载乘以K，并将K逐渐增大。每取一个K值就进行如上一次分析，直到K达到某临界值，出现了连贯性断裂面或已无法求得解答为止。这个临界值就是安全系数。显然，这样求出的K具有“超载系数”性质。

边坡稳定性分析

1、边坡稳定性分析之前，应根据岩土工程地质条件对边坡的可能破坏方式及相应破坏方向、破坏范围、影响范围等作出判断。判断边坡的可能破坏方式时应同时考虑到受岩土体强度控制的破坏和受结构面控制的破坏。

2、边坡抗滑移稳定性计算可采用刚体极限平衡法。对结构复杂的岩质边坡，可结合采用极射赤平投影法和实体比例投影法；当边坡破坏机制复杂时，可采用数值极限分析法。

3、计算沿结构面滑动的稳定性时，应根据结构面形态采用平面或折线形滑面。计算土质边坡、极软岩边坡、破碎或极破碎岩质边坡的稳定性时，可采用圆弧形滑面。

4、采用刚体极限平衡法计算边坡抗滑稳定性时，可根据滑面形态按本规范附录A选择具体计算方法。

5、边坡稳定性计算时，对基本烈度为7度及7度以上地区的永久性边坡应进行地震工况下边坡稳定性校核。

6、塌滑区内无重要建(构)筑物的边坡采用刚体极限平衡法和静力数值计算法计算稳定性时，滑体、条块或单元的地震作用可简化为一个作用于滑体、条块或单元重心处、指向坡外(滑动方向)的水平静力，其值应按下列公式计算：

Q e＝αw G (5.2.6-1)

Q ei＝αw G i (5.2.6-2)

式中：Q e、Q ei——滑体、第i计算条块或单元单位宽度地震力(kN/m)；

G、G i——滑体、第i计算条块或单元单位宽度自重[含坡顶建(构)筑物作用](k N/m)；

αw——边坡综合水平地震系数，由所在地区地震基本烈度按表5.2.6确定。

表5.2.6 水平地震系数

7、当边坡可能存在多个滑动面时，对各个可能的滑动面均应进行稳定性计算。

稳定性方法评价

边坡稳定性评价方法概述

（辽宁工程技术大学土木与交通学院辽宁阜新123000 作者：张媛）对边坡稳定性评价方法进行了综述,有：极限平衡法、有限元法、离散单元

法、快速拉格朗日分析法、DDA法、流行元法、块体理论法、可靠度方法、模

糊综合评价法、灰色系统评价法、聚类分析法、神经网络、遗传算法和专家系统。在概要地叙述了各个方法的理论基础上，对各个方法的优缺点进行了叙述，指出了各自的适合条件以及目前的应用状况。其中极限平衡法、块体理论法很多时候

与实际情况不相符合，快速拉格朗日法具有随意性，DDA法在数学收敛上的实

现有一定的难度，有限元法需要定义合适的系数，模糊综合评价法和聚类分析法不能全面、最优，专家系统对于知识的获取具有一定的难度，综合各个方法，其中的离散单元法、流行元法、神经网络、遗传算法的适用性较好。

关键词：边坡稳定性；研究进展；评价方法

Prospect Methods of the Research on Slope Stability

Zhang Yuan

（ liaoning Technical University Civil Engineering and

Transportation Department, Liaoning Fuxin 123000 ）

Abstract: The paper reviews the prospect methods of the research on slope stability. There are Limit Equilibrium Method， Finite Element Method, Distinct Element Method, Fast Lagrangion Analysis of Method, Discontinuous Deformation Analysis, Manifold Element Method, Block Theory, Reliability Method, Comprehensive Fuzzy Evaluation, Grey system Evaluation, Clustering Analysis Method, Neural Network, Genetic Algorithm, Expert System. On the base of the theory summary about every method, the paper relate the advantages and disadvantages of these methods,points their suiting conditions and using state. In the outline, Limit Equilibrium Method and Block Theory cannot agree with the fact at the most time. Fast Lagrangion Analysis of Method is at its ease, There is a difficulty of math converge about Discontinuous Deformation Analysis, Finite Element Method needs to definite suitable coefficient, Comprehensive Fuzzy Evaluation and Clustering Analysis Method cannot give a overall result, or often it is not the best, Expert System has a

基于SIGMA的边坡开挖变形特征研究

超过临界安全坡度的有１２３处。… 以某公路边坡为例，在分析边坡岩土体结构的基础上，运用ＳＩＧＭＡ／Ｗ有限元数值模拟分析模块，模拟分析了边坡开挖后坡体应力场和变形场．并分析了其变化特征。
关键词：边坡；开挖；变形；数值模拟中图分类号：ＴＵ４５７文献标志码：Ａ文章编号：２０９５ — ０１４４（２０１４）０２～００１７ — ０２
边坡是指由于工程原因而开挖或填筑的人工斜坡，与滑坡有着本质区别，边坡在工程开挖与填筑前坡体内不存在滑面。但可以存在未曾滑动的构造
摘要：在分析边坡岩土体结构的基础上，利用二维有限元数值模拟软件ＧＥＯ — Ｓｔｕｄｉｏ中ＳＩＧＭＡ／Ｗ模块对边坡开挖进
行了模拟分析，结果认为边坡开挖后变形受岩体卸荷以及结构面组合控制作用明显，在开挖面部位产生较大变形。在坡体内部软弱结构面部位易贯通形成滑面，从而影响边坡稳定性。因此，对边坡开挖而言，应当及时进行支护，并同时做好边坡变形监测以及坡表排水工作。

基于极限平衡法及有限元法的边坡稳定性综合分析

边坡稳定性是岩土工程中一个非常重要的问题，直接关系到边坡的安全运营和人民生

命财产的安全。为了研究边坡的稳定性，可以采用极限平衡法和有限元法进行综合分析。

极限平衡法是一种常用的边坡稳定性分析方法，它基于边坡在达到稳定状态时受到的

平衡力原理。其基本思想是，在边坡稳定过程中，边坡的抗滑力应该大于或等于外力作用

在边坡上的附加抗滑力，从而实现边坡的稳定。通过极限平衡法可以计算边坡的安全系数，如果安全系数大于1，则说明边坡稳定；否则，需要采取相应的加固措施。

有限元法是一种数值计算方法，可以对边坡进行力学分析。有限元法将边坡划分成许

多小的单元，通过对单元进行应力分析，然后再将各个单元的结果进行耦合，得到边坡整

体的稳定性。有限元法能够考虑材料的非线性、边坡的复杂形状以及边坡上的各种工况，

具有较高的精确度和灵活性。

在边坡稳定性综合分析中，可以结合极限平衡法和有限元法的优点，进行更加精确的

分析。可以利用极限平衡法对边坡的整体稳定性进行初步评估，得到边坡的安全系数。然后，可以使用有限元法对边坡进行更加详细的力学计算，考虑材料的非线性特性以及复杂

的边界条件，得到边坡的应力、变形等参数。将有限元法得到的结果与极限平衡法的结果

进行对比，验证极限平衡法的合理性，并根据需要进行相应的修正。

综合分析可以更全面地评估边坡的稳定性，为边坡的设计和加固提供科学依据。可以

根据有限元法的分析结果，确定边坡上的最不稳定部位，并进行有针对性的加固措施，提

高边坡的安全性。

基于极限平衡法和有限元法的边坡稳定性综合分析能够结合两种方法的优点，提高边

边坡稳定性分析方法和适用条件

一、经验法：经验法是指根据实际工程经验和历史数据，运用公式或

经验关系对边坡稳定性进行初步评估和判断。经验法主要适用于初步设计

阶段，可以快速判断边坡的稳定性，但精度较低。常见的经验法有切坡稳

定系数法和地质力学分类法。

切坡稳定系数法是根据剪切强度理论，将边坡剪切强度与外力因素之

比来进行稳定性评估的方法。常用的切坡稳定系数有库仑切坡系数、比谢

尔切坡系数和斜坡承载系数等。

地质力学分类法是将边坡划分为不同类别，根据边坡的形状、岩性、

构造、地质断层等因素，选择相应的边坡稳定性参数，进行评估。常用的

分类法有英国地质力学分类法和日本地质力学分类法等。

二、解析法：解析法是指通过建立边坡稳定性的解析模型，运用解析

解或解析关系对边坡进行稳定性分析。解析法适用于边坡形状简单、边坡

参数确定明确的情况。常见的解析方法有切坡法、极限平衡法和承载力平

衡法等。

切坡法是通过建立边坡剪切面的切平衡方程，求解边坡的稳定性系数。切坡法适用于边坡形状不规则、变化较大的情况。

极限平衡法是根据极限平衡状态，建立边坡的稳定性方程，求解稳定

性系数。极限平衡法适用于边坡开挖、填筑以及高边坡等情况。

承载力平衡法是根据边坡土体的强度参数和边坡几何形状，建立力学

平衡方程，求解边坡的稳定性系数。承载力平衡法适用于复杂边坡、非均

质边坡的稳定性分析。

三、数值模拟法：数值模拟法是指通过建立边坡的数值模型，利用计算机进行边坡的力学行为分析，求解边坡的稳定性。数值模拟法适用于边坡形状复杂、地质条件复杂、边坡参数变化大的情况。常用的数值模拟方法有有限元法、边坡稳定分析软件等。

边坡稳定性分析的方法

边坡稳定性分析的方法主要包括以下几种：

1. 静态稳定分析：静态稳定分析是最常用的分析方法，通过建立边坡的力学模型，计算坡面上各种力的平衡关系，判断边坡的稳定性。常用的静态分析方法包括切片法、广义平衡法和极限平衡法等。

2. 动力稳定分析：动力稳定分析考虑了水流、地震和其他动力荷载对边坡稳定性的影响。常用的动力分析方法包括响应谱法、时程分析法和频率分析法等。

3. 水力稳定分析：水力稳定分析主要关注边坡受水力作用时的稳定性。常用的水力稳定分析方法包括考虑渗流的有效应力法、Darcy定律法和杨-阿基米德稳定理论等。

4. 弹性稳定分析：弹性稳定分析是一种边坡在小变形下的稳定性分析方法。常用的弹性分析方法包括有限元分析和边坡材料的拉伸压缩试验等。

5. 强度剩余系数法：强度剩余系数法是基于边坡的强度特性和稳定性要求进行分析的方法。通过计算边坡的抗滑安全系数和剩余强度系数，评估边坡的稳定性。

6. 现场监测法：现场监测法是通过对边坡进行实时监测，分析边坡的变形、位移和应力等参数，评估边坡的稳定性，并进行必要的修复和加固。常用的现场监

测方法包括测量、遥感技术和数值模拟等。

综合采用多种方法进行边坡稳定性分析可以得到更准确的结果。在实际工程中，通常会根据具体情况选择适合的分析方法进行分析和评估。

边坡稳定性分析方法简介

介绍了边坡稳定性分析的极限平衡法：瑞典圆弧法、简化Bishop法、简化Janbu法、Morgenstern&Price法、Spencer法以及嚴格Janbu法；以及边坡稳定的可靠性分析方法：蒙特卡洛法、可靠指标法、统计矩法、模糊可靠度分析法以及随机有限元法。

标签：边坡稳定性滑坡极限平衡法可靠性分析方法

一、引言

滑坡是指人工或自然边坡在外界因素的诱发下丧失自身稳定性而发生滑移的地质现象，是一种严重的地质灾害，长期以来给人类造成了巨大的财产损失和人生伤害，是人类面临的三大自然灾害之一。我国是滑坡多发国家之一，据《中国地质环境公报》有关数据显示，我国2012年全国共发生各类地质灾害18751起，全年共造成人员伤亡1021人，其中发生滑坡灾害8971起，造成人员伤亡379人，分别占地质灾害总数的47.8%和37.1%。因此研究边坡稳定的影响因素及滑坡的发生机理，探索滑坡的防治技术具有极高的社会价值。鉴于此，人类对边坡稳定的研究已有将近百年的历史，这使得边坡稳定性分析的方法也极大的丰富了起来。

二、边坡稳定的极限平衡分析方法

极限平衡法假定边坡出现滑动面且处于极限平衡状态，然后将边坡离散成有垂直边界的土条，假设土条为刚体（即不考虑土条的变形），建立土条的静力平衡方程，通过求解静力平衡方程得到边坡的安全系数。1776年法国工程师库仑提出了计算挡土墙土压力的方法，标志着土力学雏型的产生；1857年朗肯在假设墙后土体各点处于极限平衡状态的基础上，建立了计算主动和被动土压力的方法；库仑和朗肯在分析土压力时采用的方法后来被推广到边坡稳定分析中，形成了一个边坡稳定性评价体系，这就是极限平衡法。在过去将近一个世纪中，这一方法逐步从一种经验性的简化方法发展成一个具有完整理论体系、较为成熟的分析方法。

GeoStudio软件的边坡稳定性分析

在对滑坡体稳定性进行了详细的分折计算后，综合滑坡地质环境背景、滑坡特征以及滑坡形成条件，确定滑坡的各项参数，运用GeoStuddio软件对滑坡进行数值模拟，以验证数值计算结果的正确性。

标签：GeoStuddio；数值模拟；边坡变形；剪应力稳定系数

数值模拟运用的GeoStudio软件是由GeoStudio公司研发的一套专业、高效而且功能强大的适用于地质工程和地质环境模拟计算的仿真软件。GeoStudio是一套完整的地质工程模拟工具，包括了8个模块，各个模块作用不同，可以相互结合从而达到综合分析的效果。主要采用SLOPE/W模块和SIGMA/W模块对已知的边坡进行稳定性分析验证。

SLOPE/W程序是以极限平衡理论为基础来分析边坡稳定性的，其分析过程采用瑞典条分法、Janbu法、Bishop法、Morgenstern-Price法（M-P法）等原理，能够根据地质条件建立起边坡的模型，并对其稳定性加以分析。現今国内许多地区的边坡采用了此程序进行稳定性计算，并且都得到了不错的成果。本次模拟尝试对自然工况下的边坡进行建模分析，用以验证自然工况的稳定系数结果。

SIGMA/W程序是一款用于对岩土结构中的应力和变形进行有限元分析的专业软件。它具有全面的本构模型公式，使得这款软件不但可以对简单的岩土问题进行分析，也可以对高度复杂的岩土问题，如线性弹塑性、非线性弹塑性、非线性等进行分析，许多经典的土体模型可以使用户对各种土体或结构材料进行建模分析。

1 SLOPE/W模块模拟

基于极限平衡法及有限元法的边坡稳定性综合分析

随着城市化进程的加快和土地资源的日益紧缺，地质灾害频繁发生成为了人们关注的焦点。边坡稳定性分析作为地质灾害防治的重要内容之一，对于保障人民生命财产安全和城市发展具有重要意义。本文将通过基于极限平衡法及有限元法的边坡稳定性综合分析，从两种不同的角度对边坡稳定性进行深入研究，以期为地质灾害防治提供理论支持和技术指导。

一、极限平衡法分析

极限平衡法是指对于一定的边坡体系，在边坡体系受到外力作用时，通过平衡条件来确定边坡体系在达到稳定状态时，承受最大自重等荷载的状态。具体步骤为：确定边坡的几何形状，计算边坡受力分布，确定边坡的抗滑稳定性和倾覆稳定性，得出边坡的稳定状态。极限平衡法主要用于评估边坡在稳定状态下的安全系数，对于边坡的设计和监测具有重要意义。

二、有限元法分析

有限元法是一种数值分析方法，将连续介质划分为有限个小单元，在每个小单元中建立方程，通过求解小单元之间的位移和应力关系来得出整个结构的位移和应力分布。有限元法在地质灾害领域得到了广泛应用，能够较为准确地描述地质介质的力学行为，对复杂边坡体系的稳定性分析具有独特的优势。

基于有限元法的边坡稳定性分析首先要建立边坡的数值模型，将边坡体系划分为有限个小单元，然后确定边坡体系的边界条件和加载条件，进行有限元分析，计算得出边坡体系的位移和应力分布。最后通过分析位移和应力的分布情况来评估边坡的稳定性。

三、综合分析

将极限平衡法和有限元法两种分析方法相结合，可以更为全面地评估边坡的稳定性。通过极限平衡法可以得到边坡在静态荷载下的稳定状态，而有限元法可以计算得出边坡在动态荷载下的位移和应力分布情况。综合两种分析方法，可以较为全面地评估边坡的稳定性，为地质灾害防治提供更为可靠的技术支持。

基于ANSYS有限元软件的边坡稳定性分析

基于ANSYS有限元软件的边坡稳定性分

析

摘要：随着计算力学、计算数学、工程管理学与计算机科学的快速发展，数

值模拟的技术随之变得越来越成熟。本文使用ANSYS有限元软件来模拟边坡，运

用强度折减法，分析凝聚力和内摩擦角对边坡安全系数的影响，获得相应的位移

云图。把安全系数作为判断边坡稳定性的一个重要的指标，从而及时地发现和避

免可能发生的滑坡、崩塌等自然灾害，尽可能地降低人民生命和财产的损失。

关键词：边坡；稳定性；有限元软件；数值模拟；强度折减法

引言

边坡是指地壳表面具有侧向临空面的地质体，由坡面、坡顶与其下方一定深

度的岩土体构成。边坡存在于大量的工程中，包括但不限于铁路、公路和水利工

程等。近年来，滑坡，泥石流，山体崩塌等灾害时有发生，严重危害了人民的生

命及财产安全，给人们的生活造成了重大的威胁，边坡稳定成为社会各界广泛关

注的一个问题。不仅如此，边坡是否稳定会严重影响工程的施工安全、运营安全

和建设成本，因此，边坡的稳定性有分析研究的充分必要。

运用数值模拟的方法研究边坡稳定性最早使用的就是有限元法，也是现在最

常用的数值模拟方法。有限元法充分考虑了介质的变形特征，能够正确地反应边

坡的受力状态。既能考虑到边坡沿软弱结构面破坏，还能分析边坡的整体稳定破坏。

1ANSYS有限元软件简介

FEA(Finite Element Analysis)是一种高效的，常用的计算方法，它是将连

续的对象离散化成若干个有限大小的单元体的集合，从而求解连续体的力学问题。

ANSYS有限元软件包含多中有限元分析类型，从简单的线性静态分析到复杂

道路工程有限元实例 PPT

2000 47370 1.343e8
2200 2400 47180 47006 1.365e8 1.386e8
22
2.5 分析及结论
Fatigue Times
高模量层结构模量与路面结构疲劳寿命的关系
1.4x108 1.4x108 1.4x108 1.3x108 1.3x108 1.3x108 1.3x108 1.3x108 1.2x108 1.2x108
Nf 402.5 4.17 Nf 0.000628cr4.17
N f 为标准轴载作用次数为层底拉应力 c r 为层底弯拉应力
21
2.5 分析及结论
高模量层结构模量与路面结构疲劳寿命的关系
H=0.18m（面层层底）
模量(MPa) 1200 拉应力（Pa） -33389 疲劳寿命(次)
1400 -25420
5
1.2 网格划分及边界条件
6
1.2 结果及分析
F=1.0 变形图及X方向上位移云图
7
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
1.2 结果及分析
F=3.0 求解不收敛过程图
9
02 路面结构疲劳分析
1
2.1 路面结构基本参数
序号
1 2
结构层材料类型
上面层
细粒式沥青混凝土
行车荷载位于有限尺寸结构中心