第4章ANSYS边坡工程应用实例分析

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第4章ANSYS边坡工程应用实例分析

本章首先对边坡工程进行了概述，然后介绍了ANSYS 模拟边坡稳定性分析的步骤，最后用实例详细介绍了ANSYS 进行边坡稳定性分析的全过程。

内容提要第4章 ANSYS 边坡工程应用实例分析本章重点边坡工程概述 ANSYS 边坡稳定性分析步骤ANSYS 边坡稳定性实例分析本章典型效果图4.1 边坡工程概述4.1.1 边坡工程边坡指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体，是坡面、坡顶及其下部一定深度坡体的总称。

坡面与坡顶面下部至坡脚高程的岩体称为坡体。

倾斜的地面称为斜坡，铁路、公路建筑施工中，所形成的路堤斜坡称为路堤边坡；开挖路堑所形成的斜坡称为路堑边坡；水利、市政或露天煤矿等工程开挖施工所形成的斜坡也称为边坡；这些对应工程就称为边坡工程对边坡工程进行地质分类时，考虑了下述各点。

首先，按其物质组成，即按组成边坡的地层和岩性，可以分为岩质边坡和土质边坡(后者包括黄土边坡、砂土边坡、土石混合边坡)。

地层和岩性是决定边坡工程地质特征的基本因素之一，也是研究区域性边坡稳定问题的主要依据.其次，再按边坡的结构状况进行分类。

因为在岩性相同的条件下，坡体结构是决定边坡稳定状况的主要因素，它直接关系到边坡稳定性的评价和处理方法。

最后，如果边坡已经变形，再按其主要变形形式进行划分。

即边坡类属的称谓顺序是:岩性—结构—变形。

边坡工程对国民经济建设有重要的影响：在铁路、公路与水利建设中，边坡修建是不可避免的，边坡的稳定性严重影响到铁路、公路与水利工程的施工安全、运营安全以及建设成本。

在路堤施工中，在路堤高度一定条件下，坡角越大，路基所占面积就越小，反之越大。

在山区，坡角越大，则路堤所需填方量越少。

因此，很有必要对边坡稳定性进行分析，4.1.2 边坡变形破坏基本原理4.1.2.1 应力分布状态边坡从其形成开始，就处于各种应力作用(自重应力、构造应力、热应力等)之下。

在边坡的发展变化过程中，由于边坡形态和结构的不断改变以及自然和人为营力的作用，边坡的应力状态也随之调整改变。

ANSYS的应用及其分析全过程(包含实例详解)

本章主要讲述：1．空间网格结构设计软件MSTCAD的应用；2．通用有限元分析程序ANSYS的应用及其分析全过程；总体而言，空间结构的分析方法主要有弹性力学分析方法和有限元分析方法，弹性力学原理作为广义的理论基础，其总结的共性结论有利于帮助理解空间结构的力学性能，但其建立的基本方程往往为高阶微分方程，求解较为困难，因此目前的空间结构分析基本上都是采用有限元分析方法通过计算机程序完成，因此掌握一些常用分析设计软件的应用十分必要，本章主要介绍浙江大学空间结构中心研发的空间网格结构设计软件MSTCAD的应用，这个软件作为商业软件，目前可用于网架和网壳的分析设计，简单易学，但还不能进行结构非线性分析；本章的重点在于通用有限元软件ANSYS的介绍，ANSYS的分析功能就相当强大，掌握其应用有利于开展课题研究，本章仅简单介绍其分析过程，使用时可查阅相关文献或查阅程序的帮助文件。

第二节ANSYS8.0软件概述ANSYS是大型通用有限元软件，从1971年的2.0版本到10.0版本，其操作界面到分析功能等各方面都有巨大的改进。

ANSYS功能强大，命令繁多，掌握常用的操作就足够一般用户解决工程中的具体问题，对初学者而言，不可能一下就掌握ANSYS的所有操作功能，且无必要。

对软件的掌握应以能应用于实际工程作为标准，ANSYS不是一个专业，也不是一门理论课程，更不是一种分析方法，而只是一个有限元工具，应强调以应用为出发点，否则就算对ANSYS相当熟悉，其命令记得相当完全，但不能用其解决工程问题也是枉然。

还需注意的是，通过若干例题的考证，ANSYS软件的计算结果逼近于弹性力学的精确解，但学习和应用该软件时，因为单元类型的选定和边界条件的引入需人工干予，所以应养成对计算结果的合理性和可靠性作评价的习惯，以确保结构安全，也便于以后对其它有限元软件的学习和应用。

本节仅就ANSYS的一般情况作一个简单说明，需要强调的是，由于其功能过于强大，学习过程中应注意做笔记的习惯，以便于今后遇到类似问题时查阅，还应该注意查阅ANSYS 自身的帮助系统。

第章边坡工程应用实例分析

第4章 ANSYS边坡工程应用实例分析本章重点边坡工程概述 ANSYS边坡稳定性分析步骤ANSYS边坡稳定性实例分析本章典型效果图边坡工程概述边坡工程边坡指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体，是坡面、坡顶及其下部一定深度坡体的总称。

坡面与坡顶面下部至坡脚高程的岩体称为坡体。

首先，按其物质组成，即按组成边坡的地层和岩性，可以分为岩质边坡和土质边坡(后者包括黄土边坡、砂土边坡、土石混合边坡)。

地层和岩性是决定边坡工程地质特征的基本因素之一，也是研究区域性边坡稳定问题的主要依据.其次，再按边坡的结构状况进行分类。

因为在岩性相同的条件下，坡体结构是决定边坡稳定状况的主要因素，它直接关系到边坡稳定性的评价和处理方法。

最后，如果边坡已经变形，再按其主要变形形式进行划分。

即边坡类属的称谓顺序是:岩性—结构—变形。

在路堤施工中，在路堤高度一定条件下，坡角越大，路基所占面积就越小，反之越大。

在山区，坡角越大，则路堤所需填方量越少。

因此，很有必要对边坡稳定性进行分析，边坡变形破坏基本原理应力分布状态边坡从其形成开始，就处于各种应力作用(自重应力、构造应力、热应力等)之下。

在边坡的发展变化过程中，由于边坡形态和结构的不断改变以及自然和人为营力的作用，边坡的应力状态也随之调整改变。

根据资料及有限元法计算，应力主要发生以下变化：（1)岩体中的主应力迹线发生明显偏转，边坡坡面附近最大主应力方向和坡而平行，而最小主应力方向则与坡面近于垂直，并开始出现水平方向的剪应力，其总趋势是由内向外增多，愈近坡脚愈高，向坡内逐渐恢复到原始应力状态。

用ANSYS分析边坡稳定性

用ANSYS分析边坡稳定性提纲：第一章：绪论1.1 研究背景及意义1.2 国内外研究现状及进展1.3 研究内容和目的1.4 论文结构安排第二章：边坡稳定性分析方法及原理2.1 边坡稳定性分析方法概述2.2 常用边坡稳定分析软件简介2.3 复杂地形边坡分析方法2.4 常用岩土参数测定方法第三章：基岩边坡稳定性分析3.1 基岩边坡的稳定性分析3.2 基岩边坡的模型建立3.3 基岩边坡的计算第四章：典型边坡案例分析4.1 案例选取理由及数据来源4.2 案例基本情况介绍4.3 数值计算结果分析4.4 结果分析和比较第五章：结论与展望5.1 研究结论5.2 研究不足和未来研究方向5.3 工程实践中的应用5.4 论文总结与展望以上是一篇用ANSYS分析边坡稳定性的论文提纲，涵盖了绪论、边坡稳定性分析方法及原理、基岩边坡稳定性分析、典型边坡案例分析和结论与展望五个章节。

其中，绪论阐述了研究的背景、意义以及研究目的和内容，为后续的分析工作打下基础。

在边坡稳定性分析方法及原理章节中，详细介绍常用的边坡稳定分析方法和软件，以及复杂地形边坡分析方法和岩土参数测定方法。

第三章以基岩边坡为例，介绍了基岩边坡的稳定性分析及其模型建立和计算。

第四章选取典型边坡案例进行分析，对比结果，进一步验证本文方法的可行性。

最后，结论与展望章节总结了本文研究的结论和展望未来的研究方向，为工程实践提供参考。

第一章：绪论1.1 研究背景及意义在建设工程和地质灾害监测过程中，边坡是一种常见的岩土工程地质体。

针对边坡的稳定性分析，可以提前发现潜在的危险，掌握岩土地质构造，确定合适的工程措施和预防措施，有效保障人民生命和财产的安全，减少工程投入，推进工程建设。

因此，研究边坡的稳定性，对岩土工程领域的实践具有十分重要的实际意义。

1.2 国内外研究现状及进展近年来，岩土工程领域的研究在发展，已经出现了多种边坡稳定性分析方法。

数据智能算法在数据分析和识别矿井边坡稳定性方面得到了广泛应用，例如神经网络，支持向量机，粒子群优化算法。

ansys边坡开挖案例

基于ANSYS 的边坡开挖模拟摘要:基于ANSYS 软件对边坡的开挖进行了模拟分析,并对该过程中涉及到的生死单元、有限元强度折减法做了介绍,提出了用生死单元在建模过程中的优点,最后以工程算例做计算分析,计算了开挖边坡的稳定系数。

关键词:ANSYS 边坡开挖,生死单元,强度折减边坡的开挖在一些边坡工程中是经常会遇到的,边坡开挖是一个卸荷的过程,在卸荷前后边坡的稳定性状况直接关系着工程的施工安全、施工进度和经费预算等,因此有必要对边坡的稳定性进行定性定量的综合分析。

边坡开挖前后的应力场和位移场的变化规律是边坡稳定性评价的基础,准确评价和预测边坡的稳定状况和发展趋势将为边坡的处理措施提供可靠的依据。

随着计算机模拟数值计算技术的发展,可采用ANSYS 有限元软件对边坡开挖进行验算。

1ANSYS 中的生死单元在边坡工程的开挖过程是一个动态的连续施工过程,而不是一次成型的,而且工程上关心的是施工过程中以及施工结束时土工结构物的应力应变分布。

充分应用生死单元的优点能收到事半功倍的效果。

单元生死是指在有限元分析过程中,在力学模型中加入或删除材料,模型中的相应单元就会“虚化”或“激活”。

应用单元虚化和激活的优点是:1) 观察每一个荷载步结束后的求解结果并进行对比分析,因而能够模拟整个开挖过程的力学状况的变化。

2) 只需要建立一次模型,通过虚化单元来模拟进程,而其他方法需要建立多个模型进行过程分析。

2边坡稳定性有限元分析的强度折减法将强度折减法应用于边坡稳定性分析中,折减土体强度,代入有限元程序进行计算,直至计算不收敛,此时的折减系数即为安全系数。

在考虑屈服准则时,一般采用Drucker2Prager 屈服准则,它既考虑了中间主应力σ 2 对屈服强度的影响,又考虑了静水压力对屈服强度的影响,对土体材料有较好的适用性,已广泛应用于土体分析。

Drucker2Prager 屈服准则表达式如下:F = 3βσm + [{ S } T [ M ]{ S } ]1/ 2 - σy = 0 。

ANSYS在边坡稳定分析中的应用

Ｄｅｅｅ．ｏ６ｃｍｂｒ２ｏ
（ａｒｉｃＥｉｎＮｔａＳｅｅｄｉ）ｕｌｃｎｔｏ
文章编号：０９０９（０６０ —０８０１０ —１３２０）６０７．４
ＡＳＳ在边坡稳定分析中的应用ＮＹ
罗启北，万海涛，张艳霞
定）。采用八节点四边形单元（每个单元有四个高
图１摩尔一库仑和Ｄｕｅ— ｒｇｒｒｋｒＰａｅ准则
斯点）在重力荷载作用下刚度矩阵生成和应力再分配的算法中都采用这种单元。假定土体开始为弹性的，，
模型在网格内所有高斯点生成正应力和剪应力。然后将这些应力与Ｄｕｅ — ｒｅ准则相比。如果特定ｒｋｒＰａｒｇ高斯点上的应力在Ｄ— Ｐ破坏圆锥内，则该点仍然是弹性的。如果位于圆锥上或圆锥外，则该点处于屈服状态。利用弹塑性算法，屈服应力在网格中被充分分配。当足够数目的高斯点发生屈服使机制发生变化时，
尺一。兰！垒
√（３３一ｓ）ｉｎ
毛：＿）
（）２（）３
√（３３一ｓ）ｉｎ
收稿日期：０一９２２６ｏ—８０作者简介：罗启北（９６，，１５一）男副教授，主要从事水工结构方面的教学、科研与工程实践工作
即认为发生了整体剪切破坏。
研究采用的土体模型包括六个参数，如表１所示：
（贵州大学土建学院，贵州贵阳５００）５０３
摘要：利用ＡＳＳＮＹ提供的非线性弹塑性模型，采用建立在强度缩小有限元分析基础上的边
坡稳定分析理论进行坝坡的稳定分析计算，并给出了滑裂面及安全系数。计算结果显示。用ＡＳＳ分析坝坡稳定具有一定的实用性和可靠性。ＮＹ关键词：有限元；ＮＹ；ＡＳＳ边坡稳定

ANSYS边坡分析实例

计算基于如下参数：
滑坡体分层数： 2 滑块总数: 12 地震烈度： 6
滑坡体各分层的天然、饱和容重(tf/m^3)如下：
层号天然容重饱和容重
第 1 层 2.07
2.07
第 2 层 2.4
2.4
外加竖向荷载如下：
块号
外加竖向荷载
块号
外加竖向荷载
块号
外加竖向荷载
第 1 块滑体
0
第 2 块滑体
0
第 3 块滑体
安全系数 K 不平衡下滑力 P
公路修建
K=1.25(t/m)
0.643
115.69
0.648
204.35
0.748
112.74
0.802
47.06
2.026
0
根据已知不平衡下滑力，采用抗滑桩工程措施方式对边坡稳定进行加固处理，拟定采用 36 根截面为 2×3m（宽×高）的抗滑桩。抗滑桩桩深约 23.0m，桩间距 4.0m，嵌深 7.5～ 8.0m，桩顶高程 483.72m。抗滑桩沿公路边线布置，桩中心连线平行于公路沿河边线，平行间距 0.5m。根据计算，抗滑桩受力侧最大抗弯断面需配置 48 根直径 36 的 II 级筋，该
1 前言
剑河县柳川镇位于贵州省黔东南自治州的清水江河畔，距凯里市约 96km。由于下游在建三板溪水电站水库蓄水后将淹没柳川镇（即现有剑河县城）岸边部分建筑物，且库水位高程达到 EL.475.0m 时,县城右岸从上游铅笔厂至下游香猪加工厂一带沿线公路及建筑物将被库水淹没，因此需要迁建新址。根据选址比较结果，柳川集镇新址将位于城南斜坡上，三板溪水库右岸，属低山地貌。山体总体走势顺库岸线，约 N48°E，后缘坡 I 级山顶高程为 600.00m～740.00m。坡面倾向 NW，坡角 25°～30°，规划用地高程为 476.50m～511.50m，山坡地形不整齐，冲沟发育，较大的冲沟有 6 条。规划征地面积 226336.5 平方米。本次分析的目的为剑河县柳川镇迁建新址边坡稳定计算。共包含 3 个危险地段，即 3 号变位岩体和 1 号变位岩体和 1 号滑坡体，其中 1 号变位岩体和滑坡体上有新建公路通过，均为回填方，其高约 5～15m。

ansys工程实例(4经典例子)解析

输气管道受力分析（ANSYS建模）任务和要求：按照输气管道的尺寸及载荷情况,要求在ANSYS中建模，完成整个静力学分析过程。

求出管壁的静力场分布。

要求完成问题分析、求解步骤、程序代码、结果描述和总结五部分。

所给的参数如下：材料参数：弹性模量E=200Gpa; 泊松比0.26；外径R₁=0.6m；内径R₂=0.4m；壁厚t=0.2m。

输气管体内表面的最大冲击载荷P为 1Mpa。

四.问题求解（一）．问题分析由于管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的端面效应，认为在其长度方向无应变产生，即可将该问题简化为平面应变问题，选取管道横截面建立几何模型进行求解。

（二）．求解步骤定义工作文件名选择Utility Menu→File→Chang Jobname 出现Change Jobname对话框，在[/FILNAM] Enter new jobname 输入栏中输入工作名LEILIN10074723，并将New log and eror file 设置为YES，单击[OK]按钮关闭对话框定义单元类型1)选择Main Meun→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delte命令，出现Element Type对话框，单击[Add]按钮，出现Library of Element types对话框。

2）在Library of Element types复选框选择Strctural、Solid、Quad 8node 82,在Element type reference number输入栏中出入1，单击[OK]按钮关闭该对话框。

3. 定义材料性能参数1）单击Main Meun→Preprocessor→Material Props→Material models出现Define Material Behavion 对话框。

选择依次选择Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项，出现Linear Isotropic Material Properties For Material Number 1对话框。

ANSYS边坡工程应用实例分析[详细]

本章首先对边坡工程进行了概述，然后介绍了ANSYS 模拟边坡稳定性分析的步骤，最后用实例详细介绍了ANSYS 进行边坡稳定性分析的全过程。

内容提要第4章 ANSYS 边坡工程应用实例分析本章重点边坡工程概述 ANSYS 边坡稳定性分析步骤ANSYS 边坡稳定性实例分析本章典型效果图4.1 边坡工程概述4.1.1 边坡工程边坡指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体,是坡面、坡顶及其下部一定深度坡体的总称.坡面与坡顶面下部至坡脚高程的岩体称为坡体.倾斜的地面称为斜坡,铁路、公路建筑施工中,所形成的路堤斜坡称为路堤边坡;开挖路堑所形成的斜坡称为路堑边坡;水利、市政或露天煤矿等工程开挖施工所形成的斜坡也称为边坡;这些对应工程就称为边坡工程对边坡工程进行地质分类时,考虑了下述各点.首先,按其物质组成,即按组成边坡的地层和岩性,可以分为岩质边坡和土质边坡(后者包括黄土边坡、砂土边坡、土石混合边坡).地层和岩性是决定边坡工程地质特征的基本因素之一,也是研究区域性边坡稳定问题的主要依据.其次,再按边坡的结构状况进行分类.因为在岩性相同的条件下,坡体结构是决定边坡稳定状况的主要因素,它直接关系到边坡稳定性的评价和处理方法.最后,如果边坡已经变形,再按其主要变形形式进行划分.即边坡类属的称谓顺序是:岩性—结构—变形.边坡工程对国民经济建设有重要的影响:在铁路、公路与水利建设中,边坡修建是不可避免的 ,边坡的稳定性严重影响到铁路、公路与水利工程的施工安全、运营安全以及建设成本.在路堤施工中,在路堤高度一定条件下,坡角越大,路基所占面积就越小 ,反之越大.在山区,坡角越大,则路堤所需填方量越少.因此,很有必要对边坡稳定性进行分析,4.1.2 边坡变形破坏基本原理4.1.2.1 应力分布状态边坡从其形成开始,就处于各种应力作用(自重应力、构造应力、热应力等)之下.在边坡的发展变化过程中,由于边坡形态和结构的不断改变以及自然和人为营力的作用,边坡的应力状态也随之调整改变.根据资料及有限元法计算,应力主要发生以下变化:(1)岩体中的主应力迹线发生明显偏转,边坡坡面附近最大主应力方向和坡而平行,而最小主应力方向则与坡面近于垂直,并开始出现水平方向的剪应力,其总趋势是由内向外增多,愈近坡脚愈高,向坡内逐渐恢复到原始应力状态.(2) 在坡脚逐渐形成明显的应力集中带.边坡愈陡,应力集中愈严重,最大最小主应力的差值也愈大.此外,在边坡下边分别形成切向应力减弱带和水平应力紧缩带,而在靠近边坡的表部所测得的应力值均大于按上覆岩体重量计算的数值.(3) 边坡坡面岩体由于侧向应力近于零,实际上变为两向受力.在较陡边坡的坡面和顶面,出现拉应力,形成拉应力带.拉应力带的分布位置与边坡的形状和坡面的角度有关.边坡应力的调整和拉应力带的出现,是边坡变形破坏最初始的征兆.例如,由于坡脚应力的集中,常是坡脚出现挤压破碎带的原因;由于坡面及坡顶出现拉应力带,常是表层岩体松动变形的原因.4.1.2.2 边坡岩体变形破坏基本形式边坡在复杂的内外地质营力作用下形成,又在各种因素作用下变化发展.所有边坡都在不断变形过程中,通过变形逐步发展至破坏.其基本变形破坏形式主要有:松弛张裂、滑动、崩塌、倾倒、蠕动和流动.4.1.3 影响边坡稳定性的因案影响边坡稳定性的主要因素有:(1)边坡材料力学特性参数:包括弹性模量、泊松比、摩擦角、粘结力、容重、抗剪强度等参数.(2)边坡的几何尺寸参数:包括边坡高度、坡面角和边坡边界尺寸以及坡面后方坡体的几何形状,即坡体的不连续面与开挖面的坡度及方向之间的几何关系,它将确定坡体的各个部分是否滑动或塌落.(3)边坡外部荷载:包括地震力、重力场、渗流场、地质构造地应力等.4.1.4 边坡稳定性的分析方法分析边坡稳定问题,基本上可以分为两种方法:极限平衡方法和数值分析方法.4.1.4.1 极限平衡方法极限平衡方法的基本思想是:以摩尔一库仑抗剪强度理论为基础,将滑坡体划分成若干垂直条块,建立作用在垂直条块上的力的平衡方程式,求解安全系数.这种计算分析方法遵循下列基本假定:(1)遵循库仑定律或由此引伸的准则.(2)将滑体作为均质刚性体考虑,认为滑体本身不变形,且可以传递应力.因此只研究滑动面上的受力大小 ,不研究滑体及滑床内部的应力状态.(3)将滑体的边界条件大大简化.如将复杂的滑体型态简化为简单的几何型态;将滑面简化为圆弧面、平面或折面;一般将立体问题简化为平面问题,取沿滑动方向的代表性剖面,以表征滑体的基本型态;将均布力简化为集中力,有时还将力的作用点简化为通过滑体重心.极限平衡方法包括以下几种方法:(1)瑞典圆弧滑动法(2)简化逼肖普法(3)简布普通条分法(4)摩根斯坦-普赖斯法(5)不平衡推力传递法以上各种方法都是假定土体是理想塑性材料,把土条作为一个刚体,按照极限平衡的原则进行力的分析,最大的不同之处在于对相邻上条之间的内力作何种假定,也就是如何增加已知条件使超静定问题变成静定问题.这些假定的物理意义不一样,所能满足的平衡条件也不相同,计算步骤有繁有简,使用时必须注意他们的适用场合.极限平衡方法关键是对滑体的休型和滑面的形态进行分析、正确选用滑面的计算参数以及正确引用滑体的荷载条件等.因为极限平衡方法完全不考虑土体本身的应力-应变关系,不能真实地反映边坡失稳时的应力场和位移场,因此而受到质疑.4.1.4.2 数值分析方法数值数值分析方法考虑土体应力应变关系,克服了极限平衡方法完全不考虑土体本身的应力-应变关系缺点,为边坡稳定分析提供了较为正确和深入的概念.边坡稳定性数值分析方法主要包含以下几种方法:(1)有限元法有限单元法是数值模拟方法在边坡稳定评价中应用最早的方法,也是目前最广泛使用的一种数值方法,可以用来求解弹性、弹塑性、粘弹塑性、粘塑性等问题.目前用有限元法求解边坡稳定主要有两种方法.a.有限元滑面搜索法:将边坡体离散为有限单元格,按照施加的荷载及边界条件进行有限元计算可得到每个结点的应力张量.然后假定一个滑动面,用有限元数据给出滑动面任一点的向正应力和剪应力,根据摩尔一库仑准则可得该点的抗滑力,由此即能求得滑动面上每个结点的下滑力与抗滑力,再对滑动面上下滑力与抗滑力进行积分,就可以求得每一个滑动面的安全系数.b.有限元强度折减法:首先选取初始折减系数,将岩土体强度参数进行折减,将折减后的参数作为输入,进行有限元计算,若程序收敛,则岩土体仍处于稳定状态,然后再增加折减系数,直到程序恰好不收敛,此时的折减系数即为稳定或安全系数.(2)自适应有限元法自20世纪70年代开始自适应理论被引入有限元计算,主导思想是减少前处理工作量和实现网格离散的客观控制.现已基本建立了一般弹性力学、流体动力学、渗流分析等领域的平面自适应分析系统,能使计算较为快速和准确.(3)离散单元法离散单元法的突出功能是它在反映岩块之间接触面的滑移、分离与倾翻等大位移的同时,又能计算岩块内部的变形与应力分布.因此,任何一种岩体材料都可引入到模型中,例如弹性、粘弹性或断裂等均可考虑,故该法对块状结构、层状破裂或一般破裂结构岩体边坡比较合适.并且,它利用显式时间差分法(动态差分法)求解动力平衡方程,求解非线性大位移与动力问题比较容易.离散元法在模拟过程中考虑了边坡失稳破坏的动态过程,允许岩土体存在滑动、平移、转动和岩体的断裂及松散等复杂过程,具有宏观上的不连续性和单个岩块休运动的随机性,可以较真实、动态地模拟边坡在形成和开挖过程中应力、位移和状态的变化,预测边坡的稳定性,因此在岩质高边坡稳定性的研究中得到广泛的应用.(4)拉格朗日元法为了克服有限元等方法不能求解大变形问题的缺陷,人们根据有限差分法的原理,提出了 FLAC数值分析方法.该方法较有限元法能更好地考虑岩土体的不连续和大变形特性,求解速度较快.缺点是计算边界、单元网格的划分带有很大的随意性.(5)界面元法界面元法是一种基于累积单元变形于界面的界面应力元法模型,建立适用于分析不连续、非均匀、各向异性和各类非线性问题、场问题,以及能够完全模拟各类锚杆复杂空间布局和开挖扰动的方法.4.1.4.3 有限元法用于边坡稳定性分析优点有限元法考虑了介质的变形特征,真实地反应了边坡的受力状态.它可以模拟连续介质,也可以模拟不连续介质;能考虑边坡沿软弱结构面的破坏,也能分析边坡的整体稳定破坏.有限元法可以模拟边坡的圆弧滑动破坏和非圆弧滑动破坏.同时它还能适应各种边界条件和不规则几何形状,具有很广泛的适用性.有限元法应用于边坡工程,有其独特的优越性.与一般解析方法相比,有限元法有以下优点:(1) 它考虑了岩体的应力-应变关系,求出每一单元的应力与变形,反映了岩体真实工作状态.(2)与极限平衡法相比,不需要进行条间力的简化,岩体自始至终处于平衡状态.(3)不需要像极限平衡法一样事先假定边坡的滑动面,边坡的变形特性、塑性区形成都根据实际应力应变状态“自然”形成.(4)若岩体的初始应力己知,可以模拟有构造应力边坡的受力状态.(5)不但能像极限平衡法一样模拟边坡的整体破坏,还能模拟边坡的局部破坏,把边坡的整体破坏和局部破坏纳入统一的体系.(6)可以模拟边坡的开挖过程,描述和反应岩体中存在的节理裂隙、断层等构造面.鉴于有限元法具有如此多优点,本章借助通用有限元软件ANSYS来实现对边坡稳定性分析,用具体的边坡工程实例详细介绍应用ANSYS软件分析边坡稳定性问题.4.2 ANSYS边坡稳定性分析步骤ANSYS边坡稳定性分析一般分以下几个步骤:1、创建物理环境2、建立模型,划分网格,对模型的不同区域赋予特性3、加边界条件和载荷4、求解5、后处理(查看计算结果)4.2.1创建物理环境在定义边坡稳定性分析问题的物理环境时,进入ANSYS前处理器,建立这个边坡稳定性分析的数学仿真模型.按照以下几个步骤来建立物理环境:1、设置GUT菜单过滤如果你希望通过GUI路径来运行ANSYS,当ANSYS被激活后第一件要做的事情就是选择菜单路径:米ain 米enu>Preferences,执行上述命令后,弹出一个如图4-1所示的对话框出现后,选择Structural.这样ANSYS会根据你所选择的参数来对GUI图形界面进行过滤,选择Structural 以便在进行边坡稳定性分析时过滤掉一些不必要的菜单及相应图形界面.2、定义分析标题(／TITLE)在进行分析前,可以给你所要进行的分析起一个能够代表所分析内容的标题,比如“Slope stability Analysis”,以便能够从标题上与其他相似物理几何模型区别.用下列方法定义分析标题.命令:／TITLEGUI:Utility 米enu>File>Change Title3、说明单元类型及其选项(KEYOPT选项)与ANSYS的其他分析一样,也要进行相应的单元选择.ANSYS软件提供了100种以上的单元类型,可以用来模拟工程中的各种结构和材料,各种不同的单元组合在一起,成为具体的物理问题的抽象模型.例如,不同材料属性的边坡土体用PLANE82单元来模拟.大多数单元类型都有关键选项(KEYOPTS),这些选项用以修正单元特性.例如,PLANE82有如下KEYOPTS:KEYOPT(2) 包含或抑制过大位移设置KEYOPT(3) 平面应力、轴对称、平面应变或考虑厚度的平面应力设置KEYOPT(9) 用户子程序初始应力设置设置单元以及其关键选项的方式如下:命令:ETKEYOPTGUI:米ain 米enu> Preprocessor> Ele米ent Type> Add/Edit/Delete图4-1 GUI图形界面过滤4定义单位结构分析只有时间单位、长度单位和质量单位三个基本单位,则所有输入的数据都应当是这三个单位组成的表达方式.如标准国际单位制下,时间是秒(s),长度是米(米),质量是千克(千克),则导出力的单位是千克•米/s2(相当于牛顿N),材料的弹性模量单位是千克/米•s2(相当于帕Pa).命令:/UNITS5、定义材料属性大多数单元类型在进行程序分析时都需要指定材料特性,ANSYS程序可方便地定义各种材料的特性,如结构材料属性参数、热性能参数、流体性能参数和电磁性能参数等.ANSYS程序可定义的材料特性有以下三种:(1)线性或非线性.(2)各向同性、正交异性或非弹性.(3)随温度变化或不随温度变化.因为分析的边坡模型采用理想弹塑性模型(D-P模型),因此边坡稳定性分析中需要定义边坡中不同土体的材料属性:容重、弹性模量、泊松比、凝聚力以及摩擦角.命令:米PGUI:米ain 米enu>Preprocessor>米aterial Props>米aterial 米odels或米ain 米enu>Solution>Load Step Opts>Other>Change 米at Props>米aterial 米odels进行边坡稳定性分析计算时,采用强度折减法来实现.首先选取初始折减系数F,然后对边坡土体材料强度系数进行折减,折减后凝聚力以及摩擦角分别见式4-1和式4-2.FC C =‘(4-1) F ϕϕtan tan =‘ (4-2) ◆ C 和ϕ为边坡土体的初始凝聚力和摩擦角.◆ 对C 和ϕ进行折减,输入边坡模型计算,若收敛,则此时边坡是稳定的 ;继续增大折减系数F,直到程序恰好不收敛,此时的折减系数即为稳定或安全系数.4.2.2 建立模型和划分网格创建好物理环境,就可以建立模型.在进行边坡稳定性分析时,需要建立模拟边坡土体的 PLANE82单元.在建立好的模型各个区域内指定特性(单元类型、选项、实常数和材料性质等)以后,就可以划分有限元网格了 .通过GUI 为模型中的各区赋予特性:1、选择米ain 米enu> Preprocessor> 米eshing> 米esh Attributes> Picked Areas2、点击模型中要选定的区域.3、在对话框中为所选定的区域说明材料号、实常数号、单元类型号和单元坐标系号.4、重复以上三个步骤,直至处理完所有区域.通过命令为模型中的各区赋予特性:ASEL(选择模型区域)米A T (说明材料号)REAL(说明实常数组号)TYPE(指定单元类型号)ESYS(说明单元坐标系号)4.2.3 施加约束和荷载在施加边界条件和荷载时,既可以给实体模型(关键点、线、面)也可以给有限元模型(节点和单元)施加边界条件和荷载.在求解时,ANSYS 程序会自动将加到实体模型上的边界条件和载荷转递到有限元模型上.边坡稳定性分析中,主要是给边坡两侧和底部施加自由度约束.命令:D施加荷载包括自重荷载以及边坡开挖荷载.4.2.4 求解接着就可以进行求解,ANSYS程序根据现有选项的设置,从数据库获取模型和载荷信息并进行计算求解,将结果数据写入到结果文件和数据库中.命令:SOL VEGUI:米ain 米enu>Solution>Solve> Current LS4.2.5 后处理后处理的目的是以图和表的形式描述计算结果.对于边坡稳定性分析中,进入后处理器后,查看边坡变形图和节点的位移、应力和应变.随着强度折减系数的增大,边坡的水平位移增大,塑性应变急剧发展,塑性区发展形成一个贯通区域时,计算不收敛,认为边坡发生了破坏.通过研究位移、应变和塑性区域,来综合判断边坡的稳定性.命令:／POST1GUI: 米ain 米enu> General Postproc4.2.6 补充说明边坡的失稳破坏定义有很多种,对于采用弹塑性计算模型的边坡,需要综合考虑以下因素:(1)把有限元计算的收敛与否作为一个重要的衡量指标,边坡处于稳定状态,计算收敛,边坡破坏时,边坡不收敛.(2)边坡失稳的同时还表现出位移急剧增加.(3)边坡失稳总是伴随着塑性变形的明显增加和塑性区的发展,塑性区的发展状况反映了边坡是否处于稳定状态.此外,采用弹塑性有限元法进行计算,它具有独特的优势:(1)弹塑性分析假定岩体为弹塑性材料,岩体在受力初期处于弹性状态,达到一定的屈服准则后,处于塑性状态.采用弹塑性模型更能反应岩体的实际工作状态.(2)岩体所承受的荷载超过材料强度时,就会出现明显的滑移破坏面.因此,弹塑性计算不需要假定破坏面的形状和位置,破坏面根据剪应力强度理论自动形成.当整个边坡破坏时,就会出现明显的塑性区.(3 )能综合考虑边坡的局部失稳和整体失稳破坏.4.3 ANSYS 边坡稳定性实例分析4.3.1 实例描述米米米米米米边坡围岩1弹性材料边坡围岩2弹塑性材料图4-2 边坡模型边坡实例选取国内某矿,该边坡考虑弹性和塑性两种材料,边坡尺寸如图4-2所示.分析目的是对该边坡进行稳定性计算分析,以判断其稳定性和计算出安全系数,该边坡围岩材料属性见表4-1.对于像边坡这样纵向很长的实体,计算模型可以简化为平面应变问题.假定边坡所承受的外力不随Z 轴变化,位移和应变都发生在自身平面内.对于边坡变形和稳定性分析,这种平面假设是合理的 .实测经验表明,边坡的影响范围在2倍坡高范围,因此本文计算区域为边坡体横向延伸2倍坡高,纵向延伸3倍坡高.两侧边界水平位移为零,下侧边界竖向位移为零.弹性有限元的计算模型如图4-2所示.采用双层模型,模型上部为理想弹塑性材料,下部为弹性材料,左右边界水平位移为零,下边界竖向位移为零.◆双层模型考虑土体的弹塑性变形,其塑性区的发展,应力的分布更符合实际情况.◆考虑双层模型,塑性区下部的单元可以产生一定的垂直变形和水平变形,基本消除了由于边界效应在边坡下部出现的塑性区,更好地模拟了边坡的变形和塑性区的发展.4.3.2 GUI操作方法4.3.2.1 创建物理环境1) 在【开始】菜单中依次选取【所有程序】/【ANSYS10.0】/【ANSYS Product Launcher】,得到“10.0ANSYS Product Launcher”对话框.2)选中【File 米anage米ent】,在“Working Directory”栏输入工作目录“D:\ansys\exa米ple4-1”,在“Job Na米e”栏输入文件名“Slope”.3)单击“RUN”按钮,进入ANSYS10.0的GUI操作界面.4)过滤图形界面:米ain 米enu> Preferences,弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框,选中“Structural”来对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤.5)定义工作标题:Utility 米enu> File> Change Title,在弹出的对话框中输入“Slope stability Analysis”,单击“OK”,如图4-3.图4-3 定义工作标题6)定义单元类型:a.定义PLANE82单元:米ain 米enu> Preprocessor> Ele米ent Type> Add/Edit/Delete,弹出一个单元类型对话框,单击“Add”按钮.弹出如图4-4所示对话框.在该对话框左面滚动栏中选择“Solid”,在右边的滚动栏中选择“Quad 8node 82”,单击“Apply”,就定义了“PLANE82”单元.图4-4 定义PLANE82单元对话框b.设定PLANE82单元选项:米ain 米enu> Preprocessor> Ele米ent Type> Add/Edit/Delete,弹出一个单元类型对话框,选中“Type 2 PLANE82”,单击“Options”按钮,弹出一个“PLANE82 ele 米ent Type options”对话框,如图4-5所示.在“Ele米ent behavior K3”栏后面的下拉菜单中选”,其它栏后面的下拉菜单采用ANSYS默认设置就可以,单击“OK”按钮.取“Plane strain图4-5 PLANE82单元库类型选项对话框◆通过设置PLANE82单元选项“K3”为“Plane strain”来设定本实例分析采取平面应变模型进行分析.因为边坡是纵向很长的实体,故计算模型可以简化为平面应变问题.◆8节点PLANE82单元每个节点有UX和UY两个自由度,比4节点PLANE42单元具有更高的精确性,对不规则网格适应性更强.7)定义材料属性a.定义边坡围岩1材料属性:米ain 米enu> Preprocessor> 米aterial Props> 米aterial 米odels,弹出“Define 米aterial 米odel Behavior”对话框,如图4-6所示.图4-6 定义材料本构模型对话框在图4-6中右边栏中连续双击“Structural> Linear> Elastic>Isotropic”后,又弹出如图4-7所示“Linear Isotropic Properties for 米aterial Nu米ber 1”对话框,在该对话框中“EX”后面的输入栏输入“3E10”,在“PRXY”后面的输入栏输入“0.25”,单击“OK”.再在选中“Density”并双击,弹出如图4-8所示“Density for 米aterial Nu米ber 1”对话框,在“DENS”后面的栏中输入边坡土体材料的密度“2500”,单击“OK”按钮.再次在图4-6中右边的栏中连续双击“Structural>Nonlinear> Inelastic>Non-米etal plasticity>drucker-prager”后,又弹出一个如图4-9所示对话框.在“Cohesion”栏添入边坡围岩材料1的内聚力“0.9E6”,在“Fric Angle”栏添入边坡内摩擦角“42”,单击“OK”按钮.图4-7 线弹性材料模型对话框图4-8材料密度输入对话框图4-9 定义边坡材料1DP模型对话框b.定义边坡围岩2材料属性:在图4-6对话框中,单击“米aterial> New 米odel…”, 弹出一个“Define 米aterial ID”对话框,在“ID”栏后面输入材料编号“2”,单击“OK”按钮.弹出一个定义材料模型对话框对话框,选中“米aterial 米odel Nu米ber 2”,和定义边坡围岩1材料一样,在右边的栏中连续双击“Structural> Linear> Elastic>Isotropic”后,又弹出一个“Linear Isotropic Properties for 米aterial Nu米ber 2”对话框,在该对话框中“EX”后面的输入栏输入“3.2E10”,在“PRXY”后面的输入栏输入“0.24”,单击“OK”.再选中“Density”并双击,弹出一个“Density for 米aterial Nu米ber 2”对话框,在“DENS”后面的栏中输入隧道围岩材料的密度“2700”,再单击“OK”按钮,弹出一个定义材料模型对话框.c.复制边坡围岩1材料性质:在图4-6对话框中,用鼠标点击“Edit>copy….”,弹出一个“Copy 米aterial 米odel”对话框,如图4-10所示.在“fro米米aterial nu米ber”栏后面的下拉菜单中选取“1”,在“TO 米aterial nu米ber”栏后面输入“3”,单击“Apply”按钮.又弹出如土4-10所示对话框,然后依次在“TO 米aterial nu米ber”栏后面输入“4”、“5”、“6”、“7”、“8”“9”、“10”,“11”、“12”、“13”,每输入一个数,就单击“Apply”按钮一次.图4-10 复制本构模型对话框最后得到10个复制围岩1的边坡材料本构模型,如图4-11所示.图4-11 定义强度折减后材料模型对话框图4-12 定义强度折减系数F=1.2时围岩材料对话框d.定义10个强度折减后材料本构模型:首先定义强度折减系数F=1.2后边坡围岩材料模型,在图4-11对话框中,在鼠标依次双击“米aterial 米odel Nu米ber 3/Drucper-Prager”.弹出一个“Drucker- Prager 米aterial Nu米ber 3”,如图4-12所示,在“Cohesion”栏添入强度折减系数F=1.2后边坡围岩材料1的内聚力“0.75E6”,在“Fric Angle”栏添入折减后边坡内摩擦角“37.7”,单击“OK”按钮.用相同方法定义强度折减系数分别为:F=1.4、F=1.6、F=1.8、F=2.0、F=2.2、F=2.4、F=2.6、F=2.8、F=3.0的边坡围岩材料本构模型.◆定义强度折减后本构模型目的是为了分析边坡稳定性.◆强度折减就是降低内聚力和摩擦角,根据式4-1和式4-2进行折减.。

ANSYS有限元技术在边坡稳定性分析中的应用

1975年 , 英国科学家 Z ienkiew icz等首次在土工弹塑性有限元数值分析中提出抗剪强度折减系数概念 , 由此所确定的强度储备安全系数与 B ishop 在极限平衡法中的稳定安全系数在概念上是一致的 ( 栾茂田等, 2003)。有限元强度折减法原理是将材料的强度参数 c、 tan 值同时除以一个折减系数 F, 这时就会得到一个新的强度参数 c,' , ' 然后再用这个强度参数进行试算 , 继续调整系数 F, 反复计算 , 直到所研究对象达到临界破坏 , 这个时候的系数 F 就是该研究对象的安全系数。计算方程为 c = ' c /F , 土体的内聚力, 为岩土体的内摩擦角。 = ' arctan ( tan /F ); c 为岩
L i Jie Ouyang Zuxi L i Yujiang Zhou H ao W ei Xueyong
( Institute o f Crusta l Dyna m ics, CEA, Be ijing 100085)
B ased on the com parison o f characters betw een the li m it equilib riu m m e th od and the fin ite el em ent m ethod in slope stability ana ly sis , th e paper introduces the basic princip le o f strength reduc t io n fin ite elem ent m ethod , and then expla in s its applica tio n and advantage in the slo pe stab ility analysis w ith an exam ple.

ANSYS在建筑工程汽车坡道设计中的应用

解决结构、流体、电磁场等工程问题中表现卓越，被各凝土结构。
类工程广泛地应用。该工程的设计使用年限为５０年；建筑结构的安全笔者利用ＡＮＳＹＳ有限元软件，建模时采用二维等级为二级：设计基准期为５０年；基本风压为０．４５ｋＮ／ｍ２；．４０ｋＮ／ｍ；地面粗糙度类别为Ｂ类；场地实体模型．有效模拟了汽车坡道与土体相互作用的结基本雪压为０
大型通用有限元分析软件［１］。由于其具有强大的前处理净高２．６ｍ。净宽７．０ｍ；顶板、侧壁厚度为４５０Ｉｎｍ，底板
００ｍｍ：共有３个标准断面，均为现浇钢筋混能力、灵活的建模方式、多样性的结果展示，使得其在厚度为５
车坡道３个标准断面的内力计算，为结构配筋提供了２基础资料
可靠依据。地下车库的基础垫层底标高为２５．９０￣２９．５５ｍ，在工程应用中．汽车坡道与土体之间必然涉及到根据地勘报告可知，基础位于②粉质黏土层和②。粉质地基问题。汽车坡道作为一种超静定结构，其底板作为粉土层，地基承载力标准值为１２０ｋＰａ，满足地基承载地下水稳定水位相对标高为２８．５５￣２９．１９ｍ（埋整个坡道基础作用在地基之上，由此可以看出汽车坡道力要求；深１．９０￣２．５０ｍ），地下水类型为潜水，场区内分布的的内力与地基净反力密切相关，基础的变形、凹陷、不

用ANSYS分析边坡稳定性

高恭星
（重庆大学土木工程学院，重庆４０３）０００摘要：统方法分析边坡稳定性时，传需要假设滑动面的形状；￣ＡＹＳ析边坡的稳定性时，需做任何假设，能得到安全系数，能直观地而ＮＳ分不就还
任何假设，算完成后不仅能得到比较准确的安全系数。且计而还能得到破坏时的滑移面，性应变区域、力场、移场等塑应位
得出边坡破坏的类型和形状。用ＡＮＳ分析边坡的稳定性时一般采用强度折减法，ＮＳ中常用准则为ＤＰ则，果要采用其他近似的修正准ＹＳＡＹＳ准如
则则需进行转化。该文在ｃＰ和‘ 取不同值时，ＮｓｓＤ３与用瑞典条分法和ａｂ法分别计算得出不同的边坡稳定性安全系分析ｃ‘ 用ＡＹ（Ｐ）Ｊ１Ｉｕ数，、值对边Ｐ
重庆建筑
８０
ＣｈｎｑｎｃｔｃｕｅｏｇｉｇＡｒｈｉｔｒｅ
ｄｉ３６￣ｉｎ１７－１７２１９８ｏ－０９９．ｓ．１９．０．０１．ｓ６００２０
用ＡＳＳ析边坡稳定性ＮＹ分
ＡｎｌｓｓｎＳｏｅＳａｉｔｔａｙｉｌｐｔｂｌｙｗｉＡＮＳｏｉｈＹＳ
坡稳定性的影响。
关键词：稳定性；限元折减法；ＮＳ；边坡有ＡＹＳ屈服准则

ANSYS边坡稳定性分析

一
２ — ８
科ｌ１｝教文化
笔者在２０年申请内蒙古自治区教育科学０９规划课题《信息技术与中小学学科教学整合的研究》的子课题，课题名称为｛ｏｌ在高中历史教Ｍｏｅｄ学中的应用》作为课题负责人，，克服了重重困难，最终使得课题顺利开展。因为是在内蒙，整体信息技术水平相对落后，要进行信息技术与课程整合的难度较大。首先是思想上难以更新观念，所在地鄂尔多斯，经济较为发达，硬件设备也较为先进，但是在人们的思想观念里，信息技术就是简单的为课堂教学的辅助工具，尤其是最开始在找参与课题的老师时，多次碰壁，有经验的老师不愿参与或者不想冒险，免以影响班级成绩，在笔者向学科教师演示了Ｍｏｈｏｄ的丰富功能后，最终找到的一位是很有冒险精神并敢于创新的年轻的历史老师，实验才得以开始。由此可见，信息技术与课程整合的最大阻力并不全是来自外部，而是有可能来自学科教师本身。众所周知，信息技术教师在中小学工作比较繁琐，在课题批下几个月后课题研究都没有什么
２１．．２边界条件
田
图９ＦＩ＝．０时边坡塑性应变云图图１＝．０Ｆ２２时边坡塑性应变云图图ｌＦ３ｌ＝．０时边坡塑性应变云图
所建立的是国内某矿边坡工程某位置断面计算模型。以坡底为中心轴线。坡商４０米，０坡底中心即在点（，，）Ｏ００处施加重力荷载。如图组成该边坡的围岩材料上部为理想弹塑性材面至地表下１０米，２０向西８０东１００米２０米；在该为零，料，下部为弹性材料，材料属性见表１计算过程，模型左边即ｘ一０：８０、右边即Ｘ１０处水平位２所示。＝２０米２．２计算参数的选取中采用表１的物理力学参数。（下转１５页）８移为零；边界即Ｙ：１０水平和竖直位移均下一２０处

大型通用有限元软件Ansys边坡稳定性分析工程实例

大型通用有限元软件Ansys边坡稳定性分析工程实例耿宇飞;李鹏飞;安立群【摘要】ANSYS软件是由美国SASI公司开发的世界最著名的大型通用有限元分析软件,它不断吸收当今计算力学与计算机技术的最新成果,使其在FEA(有限元分析)领域稳居霸主地位.将强度折减法应用于边坡稳定性分析中,折减土体强度,代入有限元程序进行计算,直至计算不收敛,此时的折减系数即为安全系数.结合工程实例,对比强度折减法的边坡稳定性有限元法和传统极限平衡法的计算结果,表明ansys基于强度折减法的边坡稳定性有限元分析应用与工程实际是可行的.【期刊名称】《河北建筑工程学院学报》【年(卷),期】2011(029)001【总页数】4页(P3-6)【关键词】边坡稳定性;强度折减法;有限元【作者】耿宇飞;李鹏飞;安立群【作者单位】张家口市华盛建设工程招标代理事务所有限公司,河北,张家口,075000;河北建筑工程学院,河北,张家口,075000;北京京铁房地产开发公司张家口分公司,河北,张家口,075000【正文语种】中文【中图分类】TU4ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件.由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro／Engineer，NASTRAN，Alogor，I-DEAS，AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一.边坡稳定性分析的主要任务是进行边坡稳定性计算、评价当前边坡的稳定状态和可能的变化发展趋势，以便作为边坡整治工程设计的依据.传统的边坡稳定性分析方法中，为了便于分析计算的进行，做了许多近似假设，如假设一个滑动面、不考虑土体内部的应力-应变关系、不考虑支挡结构的作用等等.因此，传统分析方法不能得到滑体内的应力、变形分布状况，也不能求得岩体本身的变形和支挡结构对边坡变形及稳定性的影响.传统分析方法的这些先天缺点使它在应用中受到一定的限制，尤其在大型边坡和重要工程的边坡整治分析中，大多仅用它作为初步计算和估计.而有限元法克服了传统分析法的不足，不仅满足力的平衡条件，而且还考虑了土体应力、变形关系和支挡结构的作用，能够得到边坡在荷载作用下的应力、变形分布，模拟出边坡的实际滑移面.本文探索用最大型通用的有限元分析软件Ansys对一具体滑坡展开研究，以期做好解决工程实际问题的范例.1 应用极限平衡法对某滑坡进行计算极限平衡理论是经典的确定量分析方法，在工程界应用非常广泛.基本作法是：将滑动趋势范围内的边坡岩土体按某种规则划分为一个个小块体，通过块体的平衡条件来建立整个边坡平衡方程，以此为基础进行边坡分析.为了对该滑坡进行定量评价，本次选择了与滑动方向基本一致的II—II‘和剖面见图1进行稳定性验算.根据勘探资料滑坡土体主要为粉质粘土夹碎石，且滑床为近似圆弧形，因滑坡区地下水贫乏，故不考虑地下水动静水压力的影响.运用同济曙光边坡分析软件，采用瑞典圆弧法，土条数设定100，考虑地震加速度为0.05g，最大迭代次数200，滑坡验算的物理力学指标根据实测值，粉质粘土采用：泥岩采用：得到II—II‘剖面安全系数分别为1.178.自动搜索滑动面如图1红线所示.II—II‘剖面最危险圆弧滑动面圆心坐标（35.26，356.40），半径：19.58.图1 II—II‘剖面稳定分析模型2 应用有限元法对某滑坡进行计算有限元法的基本思想是将连续的结构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，将连续体看作是只在节点处连接的一组单元的集合；同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一个单元中假定一个近似的插值函数以表示单元中场函数的分布规律；进而利用力学中的某些变分原理去建立用以求解节点未知量的有限单元方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题简化为离散域中的有限自由度问题.本文采用了美国大型有限元软件ANSYS来完成有限元法的滑坡稳定验算工作.（1）计算范围与边界条件的确定计算边界范围的大小在有限元法中对计算结果的影响比在传统极限平衡法中表现得更为敏感.本文工作中对每个剖面采取的各自计算范围为：由坡脚沿120°向南东方向水平延展滑坡高度1.5倍的距离，从坡顶滑坡后缘壁沿300°向北西方向水平延伸滑坡高度2.5倍的距离，且上下边界总高不低于2倍坡高.边界条件为左右两侧水平约束，下部固定，上部为自由边界.（2）计算参数的选取按照平面应变建立有限元模型，计算单元采用平面八节点单元PLANE82［1］.需要输入的参数有岩土体的内摩擦角、粘聚力、单位土体的重量、泊松比、弹性模量、膨胀角6个参数.设c0，φ0为初始强度参数，安全系数采用的强度折减定义形式. 由图3变形后的塑性区可以看出，在计算不收敛所达到的最后稳定安全系数时，主要的塑性变形发生在滑坡后缘.对比图5和图1可以看出II—II‘剖面用强度折减有限元法所得的滑动面十分接近用同济曙光软件（极限平衡法）所搜索出来的滑动面，都是从滑坡后缘开始滑起. 图2 有限元网格划分图3 变形后的塑性区图4 应力云图图5 滑动状态图图6 NLEPEQ-F曲线再由曲线6到8可以看出，随着系数F逐渐增大，也就是土体强度参数的逐渐降低，不论是应力、应变还是水平位移，都在逐渐的变化，但是幅度不大.在系数达到一定的数值以后，都会发生急剧的变化，之后发生滑坡.这表明滑坡是需要一个诱因的，降雨就是诱因中最常见的，它使土体重度增加、粘聚力和内摩擦角减少，从而达到滑坡所需条件.图7 SEQV-F曲线图8 DS-F曲线经过计算得到II—II‘剖面的系数为1.16时，该剖面的应力、应变以及水平位移均发生了突然的变化，根据在控制选项中所设定的力的收敛准则，计算没有收敛，判定当F＝1.16时，II-II‘剖面失稳，即最后的安全稳定系数是1.16.3 结论表1 计算结果相比较安全系数 II—II‘极限平衡条分法1.178有限单元法1.16 （1）用大型通用Ansys软件强度折减有限元法所得的滑动面十分接近用同济曙光软件（极限平衡法）所搜索出来的滑动面，安全系数也非常接近，表明Ansys软件强度折减有限元法应用于边坡工程实际中是完全可行的.（2）有限元强度折减法近来在国内外受到关注，对于均质土坡已经得到了较好的结论，但尚未在工程中实用.本文采用有限元强度折减法，对某滑坡进行了系统分析，证实了强度折减法用于工程边坡的可行性，求得了滑坡体相应的稳定安全系数. （3）与极限平衡法计算结果比较，清晰地表明相差幅度为1.5%，虽有差别，但处在同一稳定级别范围内，处于基本稳定状态，与目前滑坡的实际情况相吻合，说明有限元法的计算结果具有一定的可靠性.同时，用极限平衡法得到的安全系数一般大于强度折减有限元法，在工程上应引起重视.（4）此滑坡地质比较特殊，大量的滑坡坡体由粉质粘土加碎石土构成，这类土的力学性质既不同于一般岩体，有不同于一般土体，而是介于土体和岩体之间的一种特殊地质体，有限元法克服了传统分析法法的不足，不仅满足力的平衡条件，而且考虑了土体应力-应变关系，使计算结果更加精确合理.参考文献【相关文献】［1］郑颖人，赵尚毅.有限元强度折减法在土坡与岩坡中的应用，2004，23（19）：3381～3388［2］娄世飞.西南科技大学污水处理厂滑坡稳定性分析研究.硕士论文.四川：西南科技大学，2006 ［3］马建勋，赖志生，蔡庆娥，徐振立.岩石力学与工程学报23（16）：2690～2693［4］四川地质集团，遂宁西山滑坡群治理工程2005，1［5］张鲁渝，郑颖人，赵尚毅，时卫民.有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究.水利学报，2003，1：21～27［6］崔政权，李宁.边坡工程—理论与实践最新发展.北京：中国水利水电出版社1999，12［7］张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理.北京：地质出版社1997，11。

ANSYS经典应用实例结构分析详细讲解 PPT

⑹ 创建单元
GUI :Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Ele Ments→Auto Numbered→Thru Nodes。弹出拾取窗口,拾取节点1与2,单击拾取窗口得“Apply”按钮,于就是在节点1与2之间创建了一个单元。重复以上过程,在节点2 与3、1与4、3与4间分别创建单元,建模图形如左图5-2所示。
图5-1 平面桁架
思考:
根据静力平衡条件,很容易计算出轴向力Fa、轴向应力σa,如表5-1所示。
杆
轴向力Fa/N
轴向应力
σa/MPa
①
1000
100
②
1000
100
③
-1414、2
-141、4
④
0
0
⑤
-1414、2
-141、4
表5-1 各杆得轴向力与轴向应力
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
⑻ 划分单元 GUI : Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool。
弹出MeshTool对话框,单击“Size Controls”区域中得 “Line”后得set按钮,弹出拾取窗口,拾取直线,单击ok按钮,在NDIV文本框中输入50,单击Mesh按钮,弹出拾取窗口, 拾取直线,单击ok按钮。 ⑼ 显示点、线、单元 GUI:Utility→Plot→Multi-Plots。 ⑽ 施加载荷 ⒈施加第一个载荷步 ① 施加第一个载荷步得位移载荷
5、2、2 轴对称结构问题与周期对称结构问题
轴对称结构问题
特点:
(1)结构为回转体(截面绕它得回转中心轴旋转而形成);(2)载荷关于轴心线对称。
ANSYS软件中提供了专门得分析方法对这类问题进行求解,与普通方法相比可以节约大量得人力与计算机资源,大大提高求解问题得效率。

某边坡基于ANSYS的稳定性分析

某边坡基于ANSYS的稳定性分析摘要：目前许多边坡受人类工程活动或者自然灾害的强烈扰动，造成许多了许多的灾难，例如滑坡、崩塌、泥石流等众多边坡问题屡见不鲜，严重损害了人类的经济以及威胁着人类的生命安全。

针对以上问题本文采用一个实际的案例，来分析该边坡的稳定性问题。

主要内容是：利用ANSYS有限元强度折减法来分析和判定某边坡的稳定性，根据ANSYS软件求得的塑性应变云图和位移图，来判定边坡发生失稳时的折减系数，从最后的计算结果不收敛求得边坡的安全系数。

关键词：ANSYS；边坡稳定性；强度折减法；屈服准则；安全性系数0引言近年来，许多边坡灾害事故频发，威胁着人类的生命安全和财产安全。

因此对边坡的稳定性进行分析是非常重要的。

本文研究内容是结合某工程实例，依据有限元强度折减法，用内摩擦角和粘聚力分别除以折减系数得到折减后的参数，运用ANSYS软件进行边坡数值模拟来分析和评价该边坡的稳定性。

1 有限元强度折减法1.1有限元强度折减法当边坡的土体满足莫尔-库伦剪切破坏准则时，可采用强度折减法。

具体的计算步骤是：①选取合适的折减系数。

②用土体的粘聚力和摩擦角除以折减系数。

③把折减后参数代入ANSYS数值模型中进行运算[1]。

如果在ANSYS软件计算时计算恰好不收敛，此时把折减系数定义为安全系数。

本文采用的强度折减法计算公式如下：，（1）式中：为折减系数；和分别为折减前后的粘聚力；和折减前后的内摩擦角。

1.2 屈服准则选取1.2.1 D-P屈服准则Drucker-Prager（D-P屈服准则）的屈服面在主应力空间中是一圆锥面，相较于六棱锥面来说，更利于数值计算，因此，大多数数值分析中使用D-P准则[2]。

由于不同的屈服准则所对应的的安全性系数不同，在实际应用时发现用ANSYS软件进行数值模拟时，DP3误差仅在1％左右，因此本文采用DP3。

1.2.2 参数换算换算与M-C屈服准则相匹配的D-P[3]屈服准则，设粘聚力和摩擦角为岩土实际的材料参数，令，。

ANSYS在边坡工程中应用

岩土工程赵文刚0910202165Ansys边坡工程应用摘要：对于边坡问题而言，土体的屈服主要是由于剪切因素造成的，因而Mohr_column准则是最适用于边坡问题计算的，但ansys中针对土体的塑性屈服准则只是Druck—Pragerz 准则，该准则不太适用于边坡问题的计算，本次计算中将通过弹性模型来计算滑体的位移和应力场，然后通过定义单元表的形式将Mohr_Clumn引入，并对各个单元的屈服状态进行判断，从而得到满足Mohr-Column准则的边坡塑性区分布图。

应用于现代边坡治理。

关键词：边坡工程；ansys应用；边坡是自然或人工形成的斜坡，为防止边坡失稳造成破坏,我国边坡常采用改变坡体几何形态、排水工程、挡墙、抗滑桩、拦石栅栏、坡面防护、植被防护、加筋土等技术提高边坡稳定性。

这些方法具有经济实用等优点，在边坡防护中发挥了重要作用，但也存在稳定效果欠佳、景观效果差等缺点，近年来随着建筑材料以及新技术的发明，上述边坡治理技术不断得到改进发展，并在实际工程中应用，有效应用于铁路边坡治理。

目前，边坡稳定分析的理论和方法主要有3种：极限平衡理论，室内模型研究和数值分析理论。

传统的极限平衡法在计算边坡的稳定性时，由于没有考虑到土体内部的应力—应变关系，所求出的安全系数只是假定滑坡面的平均安全度。

又由于其工作状态时虚拟的，求出的土条间的滑面底部的反力，当然不能代表土体在产生滑移变形时真实存在的力，据此无法分析边坡破坏的发生，发展过程，当然也就无法分析在降雨条件下边坡破坏的发生，发展过程。

随着数值分析理论的成熟和电算技术的发展，有限元分析方法在边坡的稳定性分析中得到越来越多的应用。

采用有限元分析方法的优点主要包括：a)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。

b)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。

c)有限元解提供了应力，变形的全部信息。