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基于phase2有限元软件的基坑变形分析—以杭州蔓特莉工程为例1工程概况：杭州曼特莉时尚广场工程位于杭州余杭区良渚镇金家渡村，北侧紧靠浙江省交通学院运动场，东侧为金家渡村道（大吉路）及厂房，南侧为已有建筑物及空地，在往南为金家渡中路，西侧金家渡村农居点及菜地。
项目总用地面积12390m2，总建筑面积约55000m2，拟建工程由1幢主体12层局部4层商业办公楼，下设2层地下室。
采用框架-剪力墙结构，工程采用钻孔灌注桩基础。
基坑工程设地下室二层，基坑主楼区承台开挖深度11.000～11.250m，坑中坑深度 1.600～3.300m。
平面图如图：1.1地质条件：1.2基坑支护方案：基坑地下室采用围护桩墙结合两道水平钢筋混凝土内支撑的结构形式支护，支撑截面为700mm×700mm基坑南侧增设坑底水泥搅拌桩被动区加固。
围护桩墙采用三轴强力水泥搅拌桩（Φ850@600按全断面套孔法施工）帷幕植入预制预应力钢筋混凝土工字形桩而成，利用强力搅拌松动土形成流塑状，再植入预制工字形桩，桩长为17m，插入深度为7.5m。
2模型分析：2.1建立模型基坑支护形式如右图：参照设计支护形式，本模型在取围护桩左部边界取30米范围，下部边界取围护桩底以下10m的范围，右边界取围护桩右侧7m范围（支撑长度的一般距离），第一根内支撑设在桩顶以下0.35m处，第二道支撑设在桩顶以下6.35m处。
支护样图2.2模型参数取值：模型计算采用摩尔-库伦理论，为了方便计算，水泥搅拌桩内插工字桩所形成的围护桩按照∅800mm的钻孔灌注桩，模量取3×104MPa，泊松比取0.2，两个内支撑截面为700mm×700mm，模量取3×104MPa，泊松比取0.2。
模型网格划分如图：2.3模型计算为了使支护方案有一定的对比性，除了模拟帯支撑的开挖变形，还对没有支撑的情况进行了开挖模拟。
2.3.1开挖第一阶段模型计算无支撑开挖一阶段变形一道支撑一阶段开挖变形由于开挖第一阶段比较浅，变形不明显，直接对第二阶段开挖进行模型计算，上图显示无支撑开挖基坑的变形和带支撑的开挖变形有明显的不同。
边坡动力稳定有限元分析方法的研究和探索摘要：本文介绍了边坡在地震作用下的稳定分析方法，通过对边坡进行有限元动力反应分析，然后根据每个时段的加速度分布，做强度折减运算来求得各个时段的安全系数，从而得出在地震过程中的安全系数随时间的变化曲线，以此判断边坡的稳定情况。
关键词：边坡稳定动力反应安全系数地震作用一、引言目前，在地震作用下，考虑土体实际应力应变关系的有限元应力分析已经十分普遍，但是，评价边坡稳定性主要是应用以极限平衡为基础的圆弧法，就是在已知的应力场中，假设初始滑裂面，通过数学规划法搜索最危险滑裂面。
这种方法不能充分考虑滑坡体的抗滑潜能，也不能充分反映滑体的滑动方向，安全系数偏大。
因此，本文通过地震作用下加速度的反应来分析，应用强度折减法[1]来评价边坡的稳定性。
二、动力稳定分析方法简述进行动力稳定分析的基础是进行有限元静动力分析。
（1）首先对边坡进行有限元静力分析。
（2）把地震过程分为若干时段，求得各时段的最大加速度反应分布情况。
（3）把各时段的动力作用看作惯性力进行强度折减分析，以求出该时段内的安全系。
（4）依次求出各个时段的安全系数，就可以看出地震作用下，安全系数的变化情况，以此来判断边坡的稳定性。
三、算例分析一均质土坝，坡比为1:1.4，容重γ=20kN/m3，粘聚力c=30kPa，内摩擦角Φ=40o，杨氏模量E=20MPa, 泊松比υ=0.3。
1.有限元静力分析：土石料的本构模型选用邓肯-张的E-B模型，该模型为非线性弹性模型[2]，是土石坝计算中的常用的本构模型：切线弹模：（1）初始切线模量：(2)回弹模量：(3)应力水平：(4)破坏比：(5)加荷函数：(6)当大于历史上最大值时为加荷，否则为卸荷或再加荷。
计算模拟了大坝施工过程中各阶段应力和变形的情况，较好地体现材料的非线性影响，采用分级加载的方式。
2.有限元动力分析：动力计算采用等价非线性粘弹性[3]模型：根据选定的初始剪切模量G0及初始阻尼比0，运用Newmark逐步积分法计算土体的动力反应，以此确定各土体单元的有效应变eff (通常取为最大剪应变max的0.65倍)；然后根据试验得到的土料G/Gmax-与-经验曲线，估计与当前特征应变水平eff相应的动力参数Gt与t，进而再次进行计算分析，如此类推不断迭代直至所选用的动力参数与所取得的有效应变相协调，最终计算结果作为土体非线性响应，得出在各个时段内的动力反应量。
边坡稳定有限元分析本例将演示如何使用有限元方法分析边坡稳定性并计算其安全系数。
任务首先，分析无超载作用下的边坡稳定性，然后分析在大小为q=35.0kN/m2的条形超载作用下的边坡稳定性，最后为边坡施加预应力锚杆，并分析其稳定性。
边坡的几何尺寸（包括各点的坐标）如下图所示。
图25.1 边坡几何尺寸（多段线上各点的坐标）土层剖面包含两种类型的土，其参数如下：表25.1 岩土材料参数列表计算我们使用“GEO5岩土工程有限元分析计算模块”（以下简称“有限元模块”）（v18版）来分析该问题。
下面为建模和分析步骤：-建模阶段：分析设置和几何建模-工况阶段[1]：分析边坡无超载作用时的稳定性-工况阶段[2]：分析加入超载后边坡的稳定性-工况阶段[3]：分析加入锚杆后边坡的稳定性-结论建模阶段：分析设置和几何建模在分析设置界面中设置“分析类型”为“边坡稳定分析”，保持其他选项不变。
图25.2 【分析设置】界面注：选择“边坡稳定分析”时和选择“应力应变分析”时的设置以及建模过程几乎完全一样。
在【分析】界面点击“开始分析”按钮即可以分析并计算边坡的安全系数。
在“有限元-边坡稳定分析”模块中，各个工况阶段之间是相互独立的，即当前工况阶段的分析结果不受上一工况阶段分析结果的影响。
下一步，设置全局坐标范围。
设置的坐标范围要足够大，这样才能使得所要分析的区域不受边界条件的影响。
对于该算例，设置全局坐标范围<0m, 40m>，设置底边界距离多段线最低点距离为10m。
设置各个多段线和土层剖面，其参数如下表所示。
图25.3 全局坐标对话框表25.2各多段线及其节点的坐标列表设置各个岩土材料的参数并将其指定到相应的分区。
在本算例中，我们选择Drucker-Prager（DP）模型（见注）。
设置两种岩土材料的剪胀角ψ均为0°，即当材料受到剪力作用时，其体积不发生改变。
注：分析边坡稳定性时，必须选择非线性弹塑性模型作为岩土材料的本构模型，因为在边坡稳定分析过程中岩土材料会产生塑性应变，且塑性应变的产生是和岩土材料的强度参数c和φ相关的。
专业的岩土工程分析工具——Rocscience系列软件Rocscience公司成立于1996年，总部设在加拿大多伦多市，公司致力于开发易于使用、稳定可靠的二维和三维岩土工程分析和设计软件。
提供高品质的岩土分析工具，能够快速、准确的对地表和地下的岩土工程结构进行分析，从而提高项目的安全性和降低设计成本。
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Rocscience岩土系列软件包含以下十二款专业分析软件：Slide 边坡稳定性分析软件Phase2开挖和边坡稳定分析软件Swedge 岩质边坡三维楔体稳定性分析软件RocPlane 岩质边坡平面滑动稳定分析软件RocTopple 岩质边坡倾倒破坏分析软件Examine3D三维地下工程开挖分析软件Unwedge 地下岩体硐室开挖稳定性分析软件RocSupport 软岩开挖支护体系评价软件Settle3D 三维沉降固结分析软件RocFall 落石统计分析软件Dips 地质方位数据图解和统计分析软件RocData 岩石、土和不连续强度分析软件一、Slide 边坡稳定分析性软件（2D Limit Equilibrium Slope Stability Analysis）Slide是一款功能全面的边坡稳定分析软件，能够分析所有类型的土质和岩质、天然或人工边坡、路堤、坝体、挡土墙等，能够进行水位骤降分析、参数敏感性分析和边坡失效概率分析以及支护设计。
边坡的有限元分析及ANSYS软件对边坡开挖的模拟
魏海波;吴敏
【期刊名称】《东北水利水电》
【年(卷),期】2004(022)007
【摘要】本文介绍了一种国际上通用的有限元计算程序-ANSYS,详细探讨了ANSYS模拟边坡开挖的方法,并将这一方法运用到某个水电站的稳定性分析中;分别计算出边坡的剖面在天然状态和开挖工况下的应力场和位移场,对计算结果进行了详细的分析,对平面问题的边坡稳定性做出了定性的评价.
【总页数】3页(P18-19,22)
【作者】魏海波;吴敏
【作者单位】广东省水利电力勘察设计研究院,广东,广州,510000;中国航天建筑设计研究院,北京,100071
【正文语种】中文
【中图分类】TV21
【相关文献】
1.基于ABAQUS软件的边坡有限元分析及开挖模拟 [J], 黄小波
2.基于ANSYS软件的边坡开挖模拟和稳定性评价 [J], 熊斌
3.边坡的有限元分析及ANSYS软件对边坡开挖的模拟 [J], 魏海波;吴敏
4.某路堑边坡爆破开挖有限元数值模拟研究 [J],
5.ANSYS有限元数值模拟在某开挖高边坡稳定性分析中的应用 [J], 许容;王辉
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RS2(Phase2)浅层开挖教程
问题说明
本教程模拟了一个简单的渠道开挖，开挖部分附近有一个圆形的隧道，同时在隧道的上方分布荷载。
采用分步开挖，第一步开挖隧道部分，第二步开挖渠道部分，同时在圆形隧道上方添加荷载。
模型几何
开挖步骤
Stage1
Stage2
网格剖分
边界条件
外部荷载
场应力
计算结果：Sigma1应力云图+应力轨迹
计算结果：屈服区
Rocscience系列软件官方技术QQ群：49445108
计算结果：Stage1总位移
计算结果：Stage2总位移
计算结果：Stage3总位移
计算结果：stage2变形图
计算结果：stage3变形图
计算结果：左壁总位移
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有限元分析软件在地下建筑专业本科生教学中的应用摘要：将有限元分析软件Rocscience.Phase2引入地下建筑专业本科生教学中，该软件适用于二维分析，操作简单，结果形象直观，可提高学生对地下建筑结构在各种工况下的应力应变产生感性认识。
关键词：有限元分析Phase2软件地下建筑本科生教学1 引言针对现在本科生教学中偏重理论，难于实践。
特别是工程专业的学生，由于学校要考虑学生的安全问题和教学时间、经费问题，鲜有机会去工程现场进行教学讲解，学生对工程实体和老师课堂上所讲理论普遍缺乏感性认识，而本科生教育较于高职高专教育又要求我们对本学科的一些理论研究和前沿方法有所了解认识，并且有一部分优秀本科毕业生将继续深造。
有限元分析软件正好调解了掌握理论和对工程实体感性认识的矛盾，集当下工程研究领域前沿方法和直观的工程特性分析于一体。
针对不同需求，市场上有不同层次成熟的有限元分析软件，如：Phase2、Ansys、ABAQUS、DYNA、NASTRAN等。
2 Rocscience.Phase2介绍Phase2是一款有限元分析工具，它可以用来计算地下或地表洞穴周围的压力和位移。
它可以用在很广泛的工程项目中，包括在不稳固岩体上建造隧道的复杂问题，地下发电站洞窟，诸如露天采矿挖掘，以及岩体或土壤上的斜坡。
本文中使用的是Rocscience.Phase2.v5.047版本。
3 软件实例在地表以下760m深度处的岩体中开挖一洞径5m的水平圆形隧洞，假定岩体的天然应力为静水压力状态，岩体的天然密度。
确定洞室断面，以三倍洞径为围岩范围。
自动生成节点，节点数洞周80个，围岩外围84个。
用三角形网格划分单元，生成节点共1069个，生成单元2052个。
假设围岩为均质连续弹性体，结构面上凝聚力C=12Mpa,内摩擦角= 35°，忽略拉力，使用Mohr-Coulomb判据。
作用在岩体上的荷载是地应力，主要是重力地应力和构造地应力。
金土石rocscience_RS2（原Phase2）开挖和边坡有限元分析软件rocscience_RS2（原Phase2）是一款适用于地面和地表开挖设计和计算的弹塑性有限元分析软件。
对于开挖产生的应力和变形均可进行详细的计算及结果输出。
给定安全系数后，RS2可以对基坑开挖的支护系统进行优化从而降低支护系统的费用。
同时，Phase2还可以进行边坡稳定的有限元分析。
新版本的RS2进行了重要的改进，能够进行流固耦合分析，以及动力非线性分析，例如地震、爆破、机械荷载等动力分析。
RS2提供全面的支护结构类型模拟，如喷射混凝土、混凝土、钢支架系统、桩、多层复合衬砌、土工织物等。
在结果查看时，RS2能够对所有支护受力进行绘图，使用户能够判断支护结构的安全裕度。
螺栓类型的支护结构包括端结型锚杆、全长粘结型锚杆、锚索、分裂型锚固组件和灌浆锚杆等。
RS2的另外一个重要的功能是基于有限元法的强度折减边坡安全系数计算。
使用Mohr-Coulomb或者Hoek-Brown强度准则，对强度折减的安全系数计算完全自动进行。
当进行边坡安全系数计算时，RS2与Slide的模型可以互相导入，这样可以对比极限平衡法和有限元计算的安全系数以及滑面的差别，为设计提供更全面的参考。
同时，RS2也能进行渗流分析，用户定义水力边界条件和材料渗透系数，软件求解孔隙水压力分布以及流径和水力梯度，孔隙水压力结果可以自动耦合到应力分析中。
岩石或土体的本构模型包括Mohr-Coulomb、广义Hoek-Brown和剑桥模型。
RS2 V9.0新增了一个功能，允许用户自行定义基于统计学模型的节理裂隙网络，只需输入相关统计参数，软件会自动生成节理网络。
支持64位和多核并行处理器，能够在短时间内完成大规模和复杂模型的求解。
软件功能模型建立Ø交互式模型界面Ø直观的工作流标签Ø边界线：外部边界线、材料分界线、开挖区域线、施工步界线、节理、测压管水头、结构接触面等Ø栅格、顶点/对象捕捉Ø分步开挖与支护（最多支持300个施工步）Ø平面应变和轴对称模型Ø一键指定材料Ø导入/导出DXF文件Ø无限次undo/redo功能Ø右键快捷键Ø隧道建模向导单元和网格Ø三边形和四边形网格Ø 3节点或6节点三边形网格Ø 4节点或8节点四边形网格Ø一键生成网格Ø梯度、均匀和放射形网格Ø网格映射Ø自定义网格Ø检查/定义网格质量Ø快捷定义边界条件材料模型Ø弹性和非线性弹性Ø抗剪强度准则：Mohr-Coulomb, Generalized Hoek-Brown，Modifed Cam-Clay, Drucker-Prager,discrete-function, anisotropic,Mohr-Coulomb withCap,Softening/HardeningØ分步指定材料Ø各向同性、横向各向同性、正交各向同性Ø导入RocData 数据地下水渗流分析Ø有限元恒定非恒定渗流Ø分步指定地下水Ø渗流材料函数Ø流量截面Ø测压管水头线Ø通过节点指定孔隙水压力Ø完全耦合的固结分析Ø考虑孔隙水压力的有效应力分析支护体系Ø分步支护Ø锚杆类型：端结型，全长粘结型，锚索，分裂型，锚杆Ø衬砌类型：梁，钢筋混凝土，土工材料，桁架Ø复合衬砌Ø加筋数据库Ø Timoshenko或Bernoulli梁Ø分步指定不同的衬砌Ø弹性或非线性Ø峰值/残余强度Ø支护体系轴力、弯矩、剪力等交互式显示有限元边坡稳定性分析Ø使用强度折减法（SSR）自动进行计算安全系数Ø定义搜索/排除SSR区域Ø导入Slide模型外部荷载Ø恒定荷载或分布荷载Ø集中荷载Ø地震荷载Ø水压力Ø不同阶段指定不同荷载Ø弹簧Ø动荷载节理Ø弹性和非线性Ø Mohr-Coulomb, Barton-Bandis,Hyperbolic, material dependent slip criterion模型Ø天然或人工节理Ø pressurized joints Ø不同阶段指定不同的节理参数Ø统计分布的节理网概率分析Ø蒙特卡罗、拉丁立方体方法Ø随机变量：材料、节理参数，场应力Ø输出云图、误差图结果输出Ø应力，位移，强度系数云图Ø有效应力，孔隙水压力云图Ø用户自定义云图Ø应力/失效轨迹，变形矢量Ø变形图Ø查询（材料、支护、节理）信息并绘制图表Ø输出到Excel Ø在模型中直接显示结果Ø高亮显示屈服的材料，支护和节理Ø添加等值线软件应用露天开采与回填Slide与RS2边坡稳定性对比分析，RS2可导入Slide滑移面RS2分析加筋土路堤沉降复合衬砌节理网的定义振动机器对地基土的动力变形分析RS2中边坡稳定性概率分析与Slide极限平衡中的对比地下开挖、边坡稳定、渗流、露天矿开挖模拟各类节理构造网格划分地下洞室分布开挖支护锚杆轴力及屈服分布rS2软件的特点：•流固耦合分析以及动力分析（新增）•三角形或四边型等有限元网格的自动生成；•平面应变或轴对称开挖问题的分析，开挖过程可多达50步；•多样化的材料种类：Hoek-Brown、Mohr-Coulomb、Drucker-Prager等多种材料模型；•各向同性、横观各向同性等弹性材料模型；•支护形式－锚杆（部分锚固，全部锚固，分离装置，用户自定义等）•混凝土垫层，复合垫层等多种垫层形式；•地下水有效孔隙水压力分析；•弹性或非线性联结；•恒定或重力的远端应力场；•分析结果的图形显示和输出；•AutoCAD DXF 文件的导入和导出。
Rocscience软件在露天矿山边坡r稳定性中的应用研究刘长青;王尚勇【摘要】利用Rocscience软件对不同矿石种类、不同边坡参数和开采方式的露天矿山边坡进行安全稳定性模拟分析,获得露天矿山边坡安全稳定性的影响因素.【期刊名称】《安全》【年(卷),期】2016(037)008【总页数】2页(P9-10)【关键词】Rocscience软件;露天矿山;边坡稳定性【作者】刘长青;王尚勇【作者单位】安徽省安全生产科学研究院;安徽省安全生产科学研究院【正文语种】中文一些小型露天采石场，由于盲目的追求利润最大化，最终形成了高而陡的不稳定边坡。
这种边坡极易发生坍塌、滑坡、滚石等危险，给矿山人员的生命安全带来严重威胁［1］。
本文从露天矿山的岩石种类、边坡参数和开采方式入手，利用Rocscience软件slide模块对矿山的边坡稳定性进行分析研究。
1.1 软件介绍Rocscience软件是加拿大的著名边坡岩土分析软件，主要应用在岩土工程和采矿领域。
该软件可以对岩质和土质的地表和地下结构进行快速、准确地分析，提高了工程的安全性。
软件中的Slide模块是一款适用于土质边坡和岩质边坡稳定性的分析软件，它能自动搜索到边坡台阶，计算出边坡最小安全系数的位置，显示安全系数的颜色云图。
1.2 岩石特性笔者所在的安徽省岩石种类分布较广，如露天矿山普遍存在的石灰岩，滁州凤阳的硅岩，黄山的玄武岩、花岗岩，还有一些山脉地质条件存在的泥质页岩等。
不同种类的岩石，在相同的条件下，对应的边坡稳定性安全系数不同。
各种岩石的强度特性值，见表1。
1.3 边坡稳定性分析1.3.1 岩石种类对边坡稳定性的影响分析在不考虑边坡的孔隙水压力、地质构造变化和岩石结构面等情况下，根据表1中各类岩石力学性质，分别对石灰岩、硅岩、玄武岩山坡式开采的露天矿山边坡稳定性进行模拟分析。
边坡参数设置：边坡角60°，台阶高度20m。
模拟显示该石灰岩露天矿山边坡的安全性系数为1.092，硅岩露天矿山边坡的安全性系数为1.537，玄武岩露天矿山边坡的安全性系数为1.368。
