下载文档原格式
第21卷 第5期 地 下 空 间 V ol.21 No.5 2001年12月 U N DERG RO U N D SPA CE Dec.2001 文章编号:1001-831X(2001)05-0450-05边坡稳定性分析的有限元法赵尚毅,时卫民,郑颖人(后勤工程学院军事土木工程系,重庆 400041)摘 要:本文把强度折减理论用于有限元法中,成功地解决了有限元在边坡稳定分析中的应用问题。
有限元法不但满足力的平衡条件,而且考虑了材料的应力应变关系,计算时不需做任何假定,使得计算结果更加精确合理,而且可以很直观的得到坡体的实际滑移面。
本文结合工程算例,对边坡加锚杆前后的稳定性进行了分析,并与传统的求稳定系数的方法进行了比较,表明有限元法解决边坡问题是可行的。
关键词:边坡;稳定性分析;有限元;共同作用中图分类号:T B115;TU457 文献标识码:A1 引言目前,研究边坡稳定性的传统方法主要有:极限平衡法,极限分析法,滑移线场法等,这些建立在极限平衡理论基础上的各种稳定性分析方法没有考虑土体内部的应力应变关系,无法分析边坡破坏的发生和发展过程,无法考虑变形对边坡稳定的影响,没有考虑土体与支挡结构的共同作用及其变形协调。
在求安全系数时通常需要假定滑裂面形状为折线、圆弧、对数螺旋线等。
有限单元法能考虑土的应力应变关系,本文试图对利用有限单元法来进行边坡稳定分析作进一步探讨。
2 有限元法进行边坡稳定分析的优点当我们对边坡进行支挡处理后,比如锚杆加固后,要对它的安全性作出评估,这就需要考虑土体与锚杆的共同作用及其变形协调问题。
传统的以极限平衡理论为基础的分析方法是不能解决此问题的。
而有限单元法能考虑土的应力应变关系,比极限平衡法更为精确合理,而且能够考虑土体与锚杆的共同作用及其变形协调,其优点如下:(1)考虑了土体的非线性弹塑性本构关系;(2)能够模拟土体与其支挡结构的共同作用,从而能对支挡前后的土坡进行稳定性分析;(3)能够动态模拟土坡的失稳过程及其滑移面形状。
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。
开挖边坡变形和稳定性有限元分析孟庆银【摘要】采用有限元方法对边坡开挖进行数值计算,得到开挖后边坡的变形情况,并通过抗剪强度折减技术对开挖后的边坡材料进行强度折减,得到边坡破坏时的临界滑面和安全系数.有限元方法的计算结果不但能评价边坡的稳定性,还可得到潜在的危险区域,对边坡开挖施工有一定指导意义.【期刊名称】《河北工程大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(027)003【总页数】3页(P32-34)【关键词】边坡稳定性;开挖边坡;有限元;强度折减;变形【作者】孟庆银【作者单位】齐齐哈尔市市政设施管理处,黑龙江,齐齐哈尔,161005【正文语种】中文【中图分类】U416.1用有限元方法分析边坡稳定问题克服了极限平衡方法中将土条假设为刚体的缺点,考虑了土体的非线性本构关系,而且能够模拟边坡开挖及施工过程,可适用于任意复杂的边界条件,是比较理想的分析边坡应力、变形和稳定性的手段[1]。
强度折减的概念由来已久,该方法近年来获得较广的应用,很多学者对强度折减计算中涉及到的具体问题进行了有意义的探索和研究[2-7]。
连镇营等[8]研究了强度折减技术在开挖边坡稳定性分析中的应用,显示了有限元方法和强度折减技术相结合是分析开挖边坡稳定性的较好方法。
本文采用弹塑性有限元方法对边坡开挖进行模拟,得到边坡开挖后的应力分布和变形情况,然后应用强度折减方法计算安全系数,并通过一个实际工程边坡介绍了该方法的具体应用,结合边坡的实际地质情况可对边坡变形和稳定性作出较好评价。
1 有限元分析方法有限元方法可获得边坡开挖前较为准确的应力分布,边坡开挖后,应力释放,边坡发生变形,通过有限元计算可得到由于边坡开挖引起的变形情况,并能获得开挖后边坡的塑性区分布范围(拉破坏或剪切破坏区)。
边坡稳定的安全系数F通常定义为沿整个滑面的抗剪强度与实际抗剪强度之比,工程中广为应用的各种条分法便是以此来定义坡体稳定安全系数,有限元强度折减法的基本思想与此一致[5]。
边坡稳定分析的极限平衡有限元法作者：***来源：《西部交通科技》2021年第01期摘要：极限平衡软件SLOPE/W和有限元程序PLAXE是目前岩土工程中常用的两种软件程序。
采用极限平衡法进行边坡分析时，需要将地面划分为若干垂直层面，并使用静态平衡方程计算各层面的安全系数（FOS）和应力，而有限元法则需要输入土的性质和单元的弹塑性参数。
文章比较了有限元法和极限平衡法在边坡稳定性分析中的应用，讨论了各种方法的适用性和局限性，并评估了边坡稳定性分析模型输出的实用性，可为边坡稳定性评估提供可靠依据。
关键词：有限元法;极限平衡;边坡稳定性中图分类号：U416.1+4文献标识码：ADOI：10.13282/ki.wccst.2021.01.022文章編号：1673-4874（2021）01-0078-030引言随着对基础设施和自然资源需求的不断扩大，对工程开挖和道路建设的要求也越来越高。
在工程建设过程中，山体滑坡和地震等自然灾害是岩土工程师和地质学家面临的重要问题。
边坡的稳定性是施工前、施工中、施工后各利益相关者共同关心的重要问题，如果要改变边坡稳定技术，安全系数（FOS）的微小差异可能导致施工成本的巨大差异。
这一点很重要，因为目前还没有明确的证据表明，哪种方法能产生最可接受的结果[1-3]。
与基础设施有关的土质边坡失稳是一个持续存在的问题，因为边坡破坏危及公共安全并导致昂贵的修复工作。
近几十年来，人们开发了一系列功能强大的边坡稳定分析设计软件包。
这些程序包括边坡稳定分析的极限平衡法和有限元法。
极限平衡法有许多局限性和不一致性，但被认为是最常用的方法。
随着技术进步，有限元程序简化了边坡稳定性分析。
SLOPE/W和PLAXIS是目前岩土工程师使用的两种常用软件程序。
SLOPE/W和PLAXIS分别用于极限平衡法和有限元法，每一个程序都被用来确定边坡的安全系数及其随后的设计要求。
根据所需的信息，分析和比较每个程序的结果将有助于确定哪个程序更准确。
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。
安全系数的有限元边坡稳定性分析中常用的两个定义摘要：在二维有限元分析中，在安全方面有两个基本定义。
第一个是强度储备说明，将安全因素解释为土的抗剪强度纳入临界平衡状态。
第二个是超载说明，将安全因素解释为滑行道上阻力总和到动力总和的比例。
本研究制定一个统一的初始值问题。
定位对应的两个定义的临界滑线和常微分方程，提出了预测校正的初值问题的过程。
通过解决有关的初始值问题，关键的滑移线可以位于未经指定，它的形状和位置。
它也表明，虽然利用有限元法分析边坡的稳定性，超载定义为基础的临界滑动线可能会比浅的大部分保留实力定义和传统的极限平衡方法，因此，对超载的定义为基础的设计可能是岌岌可危。
2006爱思唯尔有限公司保留所有权利。
关键词：边坡稳定性分析，安全系数;临界滑移线;有限元法1、引言虽然相当数量的现代数值方法，在有限元方法是代表，已经被提出，在过去三十年的约定的国极限平衡法仍然被扮演于边坡稳定性分析的最重要的作用。
然而，由于有限的许多独特的优势元素方法在极限平衡法[1-3,20]，越来越多的应用，取得了有限元方法在边坡稳定性分析。
邓肯[4]在极限平衡法中给了的全面审查并且在1996年以前的35年期间确立了有限元素边坡稳定性分析中的地位。
边坡稳定性分析中最重要的概念是方面的因素。
但是在安全方面的抽[13]。
然而在有限元边坡稳定性分析中，常用的是两个抽象的定义声明。
为了获得安全方面的预应力强度，通常使用强度折减技术[1-3,5,20]。
通过这种技术，一系列的理想弹塑性问题必须通过除以一系列的实际强度参数得到不同的剪切强度参数来分析。
安全系数的因素采取相应的临界平衡状态的斜坡。
直到郑等人，[20]，才有了严格的数学模型来定位已经成立了的关键滑移线对应的预应力安全系数。
由于在以兼容元素的技术为基础传统有限元方法的不能被捕获剪切带. 例如，一些技术方法，提出了以可视化的剪切带，Zienkiewicz和Taylor 提出的自适应网格细化过程[7]，增强的可视化故障，由格里菲思和Kidger [8]等提出的机制技术。
用ANSYS有限元法分析边坡稳定性的思考发布时间：2021-07-08T07:42:19.893Z 来源：《防护工程》2021年7期作者：陈洁[导读] ：提出了ANSYS有限元法分析边坡稳定性的优点，使用ANSYS软件模拟典型天然边坡，为了提高仿真模拟的准确性和求解结果的准确度，提出在ANSYS软件中实体建模时在材料模型、几何模型和安全系数求解方面的思考。
针对实际边坡工程的ANSYS稳定性分析提出了一些问题和想法。
陈洁重庆交通大学河海学院重庆 400041摘要：提出了ANSYS有限元法分析边坡稳定性的优点，使用ANSYS软件模拟典型天然边坡，为了提高仿真模拟的准确性和求解结果的准确度，提出在ANSYS软件中实体建模时在材料模型、几何模型和安全系数求解方面的思考。
针对实际边坡工程的ANSYS稳定性分析提出了一些问题和想法。
关键词：边坡稳定；ANSYS；有限元1.ANSYS有限元法分析边坡稳定性的优点研究边坡稳定性问题可以大体分为极限平衡理论、室内模型研究和数值分析。
极限平衡理论不能考虑土体内部应力-应变的非线性关系，所求出的安全系数只能是假定滑落面的平均安全度。
求出的内力和反力不能代表实际产生的滑移变形的力，因此这个方法对于处理边坡稳定问题存在很大缺陷。
随着分析理论的不断完善，加之计算水平的不断发展，使有限元法有了越来越大的用武之地[1-2]。
用有限元研究边坡稳定性的优点如下：（1）破坏面的形状和位置不需要假定。
（2）有限元法有变形协调的本构关系。
（3）有限元法求解建议获得完整的应力、位移。
（4）有限元法可以考虑岩土体的不连续性，即非线性应力-应变。
2.ANSYS有限元法模拟边坡典型示例该边坡考虑弹性和塑性两种材料，边坡尺寸如图1所示。
图1边坡模型示意图计算模型为二维几何模型，模型先后建立了9个关键点、10条直线和3个面。
如图2所示。
图2 边坡网格模型示意图3.ANSYS实体建模中的思考尽管数值分析方法功能强大，但将其用于边坡稳定性分析现在也存在一些问题。
浅析有限元法在边坡稳定性分析中的应用作者：林兴元来源：《中国新技术新产品》2015年第10期摘要：本文以XXX厂址二分厂后山边坡为例，通过对二分厂后山的边坡基本特征和变形特征进行勘查，利用有限元分析方法进行测定，测定结果为：该边坡在工况一、工况二条件下整体稳定；边坡e-f段、e-l-g段、h-m-g段工况四条件下基本稳定，但安全储备不足；边坡e-m-g段在工况三、工况四条件下基本稳定，但安全储备不足。
最后提出二分厂后山边坡稳定的策略，旨在为边坡治理工程提供依据。
关键词：二分厂后山；边坡稳定；有限元分析中图分类号： P642 文献标识码：A1 二分厂后山边坡基本概况1.1 基本特征边坡区属低山地貌，平面上呈扇形。
坡顶最大高程约640m，坡脚最低高程约520m，相对高差约120m，平均坡向215°，边坡下部陡，平均坡度约45°，中上部较缓，平均坡度约30°，局部形成小平台，植被发育，坡脚为二分厂区。
该边坡在东南角处因基岩出露风化强烈，形成浅表剥落而致使上覆土层发生溜滑，面积约80m2，现已进行了简易的坡面治理。
边坡两侧各发育一条冲沟。
整个边坡高约120m，属于二元结构高边坡，边坡上部覆盖层厚度局部可达70m。
1.2 边坡地层结构勘查区位于龙门山构造带北东段，区内覆盖层主要为第四系崩坡积粘土、含碎石粘土和含粘土碎石，厚度可达50～70米，下伏基岩主要为薄层～中厚层志留系龙马溪组（S1ln）页岩及石炭系总长沟组灰岩（C1z）。
1.3 边坡变形特征根据现场调查，该边坡变形主要集中在边坡后缘和前缘。
边坡后缘变形主要以一些小规模浅层滑塌、拉裂为主。
边坡后缘发育4处小规模浅表滑塌，变形平均厚度2～3m，前缘宽5～10m，轴长约10～15m，平面形态呈扇形，滑塌方向与边坡坡向一致，滑塌方量约100～300m3。
边坡前缘左侧，主要为基岩出露，受多组结构切割形成的楔形体易发生浅表层掉块、崩落。
