有限元极限分析法在边坡中的应用.

岩土工程极限分析有限元法及其运用张 聪（甘肃煤田地质局一三三队，甘肃 白银 730913）摘 要：基于极限分析方法在岩土工程施工中的应用局限文章提出兼具数值分析方法和经典极限分析方法的有限元分析方法，在介绍有限元分析原理、基本理论、安全系数和发展历程的基础上，从边坡、地基、隧道等方面着重分析岩土工程极限分析有限元法的应用，验证有限元分析方法在岩土工程中应用范围的扩大，旨在能够为岩土工程施工建设发展提供更多有力的支持。

关键词：有限元极限分析方法；岩土工程；岩土滑坡中图分类号：TU195 文献标识码：A 文章编号：1002-5065（2020）14-0233-2Finite element method for limit analysis of geotechnical engineering and its applicationZHANG Cong（No.133 team of Gansu Coalfield Geological Bureau, Baiyin 730913,China）Abstract: Based on the limitation of the application of limit analysis method in geotechnical engineering construction, this paper proposes a finite element analysis method which combines numerical analysis method and classical limit analysis method. On the basis of introducing the principle of finite element analysis, basic theory, safety factor and development process, the application of limit analysis finite element method in geotechnical engineering is emphatically analyzed from the aspects of slope, foundation and tunnel, To verify the expansion of the application scope of finite element analysis method in geotechnical engineering, in order to provide more powerful support for the development of geotechnical engineering construction.Keywords: finite element limit analysis method; geotechnical engineering; geotechnical landslide极限分析法的力学基础是土体处于一种理想的弹性、属性状态，这种状态下，土体会出现一种平衡状态，即为土体滑动面上每个点的剪应力会和土地抗剪强度等同。

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。

露天矿边坡稳定性分析方法摘要：目前，随着我国基础建设事业的发展，越来越多的边坡工程开始出现。

随着露天矿山开采深度的增加，开挖扰动会导致岩体工程不断劣化，应力环境将会更加复杂，威胁到矿山生产的正常进行。

基于此，必须加强开挖扰动对露天矿边坡稳定性影响分析，以进一步保证矿山安全。

关键词：露天矿边坡；稳定性；安全因素引言在露天矿开采活动中，边坡失稳的现象非常常见，如不能得到妥善处理，很容易出现安全事故。

在本文中，笔者从露天矿边坡的特点入手，对影响露天矿边坡稳定性的安全因素展开分析，提出提升露天矿边坡稳定性的有效策略，为该方面的工作人员提供有价值的参考资料。

1露天矿边坡的特征1.1露天矿的边坡比较高，有些边坡在几十米到几百米之间，有些边坡甚至会达到数千米高，经过相应的观察可以发现，所揭露的岩层越多，那么边坡的差异就会越大，而且边坡也就会变得极为的复杂，岩体在暴露的过程中，整个岩体暴露的时间就会变得更长，而且岩体的完整性也比较差，岩体呈现出破碎性，经常相应的试验发现整个岩体的强度也是极低的。

1.2露天矿在形成的过程中，最终的边坡主要是从上部到下部逐渐的形成的，而且由于上部的年限比较长，在这种情况下就会缺乏稳定性，与此同时也具有着一定的时效性，从本质上来说，由于年限的不同，其边坡的上部和下部的稳定性也就存在着一系列的差异。

1.3露天矿场在开采的过程中，每一天都必须要进行穿孔、运输和爆破处理，这样就会产生一定的振动，对于周围的边坡是有着一定的影响的，在超出边坡承受范围的时候边坡的稳定性就会下降甚至出现一定的危险。

1.4边坡主要是由于露天矿体被不断的开采导致的，在这样的情况下，边坡的稳定性就在不断的变化，随着时间的推移和矿体的不断开采，边坡的稳定性会逐渐的下降。

1.5边坡的主要类型按照几何形状可以将其分为内陷边坡、倾斜边坡和外鼓边坡等，根据露天矿的坡体可以将其分为泥土边坡、岩石边坡、尾矿坡和构筑堆坡。

2影响露天矿边坡稳定性的安全因素2.1地质因素一是岩石性质与结构产生的影响。

极限平衡法与有限元法在边坡稳定中的对比霍继炜【摘要】分析了极限平衡法和有限元强度折减法的基本原理,针对同一边坡进行了稳定性分析,分析结果表明：利用有限元强度折减法得出的安全系数与毕肖普法和简布法差值分别为0.288和0.359。

%The study analyzes the basic principles for the limit equilibrium method and the finite element strength reduction method, undertakes the stability analysis on the same side slope, and proves by the analysis results that the difference values of the safe coefficient achieved by the finite element strength reduction method with the ones from the Bishop method and the Janbu method are respectively 0.288 and 0. 359.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2012(038)015【总页数】2页(P61-62)【关键词】极限平衡法;有限元强度折减法;边坡稳定;安全系数【作者】霍继炜【作者单位】中国建筑第七工程局有限公司,河南郑州450000【正文语种】中文【中图分类】TU413.620 引言边坡的稳定性问题是基坑边坡、路堑边坡等边坡工程中最常见的问题，其稳定性分析方法也一直是岩土领域的学者研究的热点问题之一。

目前，用于边坡稳定性的分析方法主要有极限平衡法和有限元法。

极限平衡法是国内外应用最为广泛的边坡稳定性分析方法。

同时，随着科技的不断发展，计算机应用技术的不断革新，有限元分析方法也得到了很大的发展。

极限平衡法与有限元强度折减法对某公路边坡挡土墙稳定性分析杨和平【摘要】针对边坡稳定性分析的极限平法和有限元强度折减法的特点进行了讨论,并结合一具体挡土墙的工程实例,采用极限平衡法和有限元强度折减法对该挡墙的整体稳定性进行了计算分析.分析结果表明:采用极限平衡法和有限元强度折减法均可以得到边坡的安全系数,且采用极限平衡法得到的安全系数值偏安全,可满足工程设计要求.采用有限元强度折减法可以得到边坡体的应力-应变,可作为极限平衡法的补充设计依据.%This paper explores the features of the limit equilibrium method and the strength reduction finite element method for slope stability analysis. Taking a retaining wall construction project as an example, the author computes and analyses the general stability of the wall using the limit equilibrium method and the strength reduction finite element method. The final result suggests that safety factor can be generated by taking either the limit equilibrium method or the strength reduction finite element method. However, the safety factor acquired from the limit equilibrium method is more accurate, meeting the standards for engineering designs. Meantime, the stress - strain of the slope can be calculated by using the strength reduction finite element method, serving as a supplement for designs taking the limit equilibrium method.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2012(037)003【总页数】4页(P180-183)【关键词】极限平衡法;有限元强度折减法;边坡安全系数;稳定性【作者】杨和平【作者单位】湖南路桥建设集团公司,湖南长沙 410004【正文语种】中文【中图分类】U416.1+40 前言在挡土墙设计中，挡土墙的整体稳定验算为挡土墙设计的重要内容之一，目前在挡土墙的整体稳定性验算通常采用极限平衡理论按瑞典条分法计算挡土墙的整体稳定性。

应用有限元和离散元法分析边坡稳定性的对比第38卷第l1期?58?2012年4月山西建筑SHANXIARCHnCTUREV o1.38No.11Apr.2012文章编号:1009-6825(2012)11-0058—03应用有限元和离散元法分析边坡稳定性的对比陈有亮任旭凯刘明亮(上海理工大学土木工程系,上海200093)摘要:利用有限元和离散元两种方法对同一连续性岩质边坡的稳定性进行分析,从计算原理,计算有若干节理的岩质边坡两方面对有限元与离散元计算结果进行了比较,得出相关结论,从而更好地指导边坡稳定性计算.关键词:有限元,离散元,边坡稳定,安全系数中图分类号:U413.62文献标识码:A1概述边坡是指由于天然地质或工程地质的作用形成的具有一定倾斜度的地质体,按成因共分为两种:自然边坡和人工边坡….例如,意大利1963年发生的瓦依昂水库库岸滑坡,造成了严重的损失,水库也因此失效.2..由此可见,对边坡失稳进行有效的计算刻不容缓.目前,边坡稳定分析的方法较多,主要有定性分析法,定量分析法,非确定分析法.本文将利用有限元和离散元对同一边坡的稳定性进行计算分析,并基于计算结果对两种计算方法进行对比.2有限元法在边坡算例中的应用2.1有限元强度折减法公式c,,=(1)』-=arctan(tanq~/F)(2)其中,C,均为岩土体参数;F为折减系数;,均为计算新参数.2.2边坡算例’选取国内某矿,边坡尺寸如图1所示.该边坡围岩材料属性见表1.量蠹一图1边坡模型尺寸(单位-.m)裹1边坡围岩参数表弹性模量泊松比容重内聚力摩擦角I类型GPakN/m3MPa/(.)围岩2(弹1生)300.25250o0.942由于边坡为线性工程,假设沿边坡方向为无限延伸,因此计算模型取二维平面为断面就可满足要求.计算模型见图2.快速接头工艺增加了连接销,钢销板荷压力弹簧等,每个接头费用增加l0元左右,批量生产成本可以更低.焊接接桩损坏热镀锌层,接头防腐性能降低.机械快速接头镀锌层较厚,能在各种地质环境中长期使用.快速接头对中性好,受力更合理,施工便捷,质量稳定.节约人工,材料和机械等综合费用,经济效益显着.本工法的成功应用,为预应力混凝土管桩机械快速接头技术的推广提供较成功实例,具有很高的推广应用价值.福建省住房和城乡建设厅在《关于加强预应力混凝土管桩机械快速接头技术推广应用的通知》(2010~2号)中,针对福建省近年来预应力混凝土抗拔管桩施工中存在接头焊接质量问题,明确要求凡是采用预应力混凝土抗拔管桩的,其接头均应采用管桩机械快速接头技术.在福州大学第四学科群工程项目施工管理过程中,由于采用了预应力混凝土机械快速接头技术,不但使桩基工程施工速度加快,而且桩基施工质量更加稳定可靠,取得了较好的技术效益,经济效益和社会效益.参考文献:[1】GB50204-2002,混凝土结构工程施工质量验收规范[s].[2]GB50300-2001,建筑工程施工质量验收统一标准[s].[3]JGJ94-94-2008,建筑桩基技术规范[s].[4]JGJ106-2003,建筑基桩检测技术规范[s].[5]GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[s].[6]DFJ13-58-2004,先张法预应力混凝土管桩基础技术规程[s].[7]DBJ13-58-2004,预应力混凝土管桩机械快速连接接头施工及验收规程[S].[8]闽2007Gl19,先张法预应力高强混凝土管桩[s].[9]福建省建筑结构抗震设计暂行规定[s].[10]DBJ13-86-21X)7,先张法预应力混凝土管桩基础技术规程[s]. Applicationoffastmechanicaljointconnec~techniqueinprestressedconcrete precastingpneCHENJia-cai(FujianJiulongConstructionGroupCo.,,Xiamen361008,China) Abstract:Integratingwithcharacteristicsoffastmechanicaljoint,thethesisintr oducestheconnectionmethodoffastmechanicaljoint,construc—tiontechnologyoffastpipepile,andprocessingtechniqueoffastjointacCeSSori esandSOon,anddescribesitsqualitycontrollingpoints.Prac- deeprovesthattheconnectiontechniquemakestheconstructionefficiencyofpr estressedconcretepihhigherandthequalityreliableandstable,whichiswoahpromoting.Keywords:prestress,fastmechanicaljoint,connectionmethod,operationmeth od收稿日期:2012-02-20’作者简介:陈有亮(1966-),男,博士后,教授爹81荤霄陈有亮等:应用有限元和离散元法分析边坡稳定性的对比?59?图2有限元模型网格划分当折减系数F:1.4时,在坡脚开始出现塑性区(见图3,图4);随着F继续增大,方向最大位移继续增大,塑性区继续扩展(见图5,图6);当F=3.0时,计算不能收敛,水平位移达到最大值】016mm(见图7),塑性区经坡脚贯通至坡顶(见图8),而这也是边坡即将破坏的重要标志,所以有限元计算得到的此边坡的安全系数为2.8.图3F=1.4时边坡x方向位移云图图4F=I.4时边坡模型塑性应变云图图5F=2.2时图6F=2.2时持原有性质.离散单元法是以牛顿第二定理为理论依据.将目标体看作为刚体,并按照整个目标体的节理裂隙互相镶嵌排列,在空间每个岩块有自己的位置并处于平衡状态.U.250U.7501.25UI.7502.25U×l0图9边坡破坏时位移矢量图4.2在计算有若干节理的岩质边坡方面的比较运用有限元塑性极限分析方法研究节理岩体边坡的稳定性,含成组节理岩体的力学行为受控于节理面的方位和强度参数,从宏观上将节理岩体视为均质各向异性体,在有限元塑性极限分析中引入节理岩体各向异性的屈服条件,建立了节理岩体边坡有限元塑性极限分析的上,下限法数学模型.而对于节理组比较多,节理比较密集或者比较复杂的时候有限元方法则无能为力,并且其计算结果很难收敛.而用离散元则可以根据节理的参数,计算得到安全系数2.47,小于上文用离散元计算得到的没有节理的完整岩质边坡的安全系数2.52.得到的位移矢量图如图10所示,将其与图9比较可以发现,其破坏形式无节理的情况相似,说明此边坡因为节理的强度比较高,并没有在节理部位发生相对滑移等失稳破坏,但是由于节理的存在,其安全系数有所降低.一一.…离搴能!譬兰1)有限元法在处理连续性问题时明显优于离散元;2)离散元警;,妻圭烹.,色墨苎警耄!在处暑理的坡等j问,琵具掌竺塞,!譬兰运性.芜是薮五蓓:散甚警,些鋈力?简单果口’精磊边苎篓要模.芎圭芒等.辛苎嵌桑,运晶妻雹竺篓:昔垩蓑衰圭孽二响:是高:夏--L相哩关要r=零分离等非连续.失坏;螽聂算薮妥,计现象,璺为岩÷..……孬复痞F妄.,算.考,坡警要.,譬.段完全藉萎,全.薮二;,的迭代,得到安全系数为2?2.边坡破坏时的位移矢量图见图9.晶度籍磊蓓;)在岩边时,经苦_【×,∞如∞7272”们加第38卷第l1期?60?2012年4月山西建筑SHANXIARCHnECTUREV01.38No.11Apr.2012文章编号:1009-6825(2012)11?OO6O一02鄂钢某工程桩基单桩竖向抗压静载试验分析周华林(1.武汉理3-大学资源与安全工程学院,湖北武汉430070王东华黄涛2.武汉钢铁集团鄂城钢铁有限责任公93-程管理部,湖北鄂州436000) 摘要:以鄂钢干熄焦桩基工程为实例,采用堆载平台法,对3根钻孔灌注桩和1根预制管桩进行单桩竖向抗压静载试验,将得到的数据进行处理,作出各个试桩的Q—s,s_曲线图,试验结果表明承载力满足设计要求.关键词:钻孔灌注桩,预制管桩,静载试验,回弹率,抗压承载力特征值中图分类号:TU473文献标识码:A单桩静载试验的目的是以实测桩的荷载沉降关系为实质,以测定桩的承载能力和观测桩的破坏形式为试验目的的具体表现形式J,单桩静载试验在实际工程检测中应用十分广泛.经过大量的实际工程验证,在确定单桩极限承载力方面,它是目前最为准确,可靠的检验方法.1工程概况鄂钢干熄焦工程包括干熄焦本体装置,干熄焦锅炉,除盐水站和除氧给水泵房,汽轮发电站,综合电气室,运焦系统,干熄焦循环水等,以及与之相配套的地基处理,供电,电信,仪表,总图运输,消防等辅助的配套设施.该工程基础主要采用直径为6O0nⅡn的钻孔灌注桩,部分采用直径600mm的管桩,混凝土设计强度等级C25一C30,工程桩总数320根.建设场地地层结构与特征由上至下依次为:①杂填土,场区内均有分布,层厚0.80m一12.80m;②淤泥质粉质粘土,主要分布在除氧水泵房,干熄焦和综合电气室一带,层厚0.70m—l3.20m;③粉质粘土,主要分布在除盐水站和汽轮发电站附近,层厚O.70m～9.5m(c35);④残积土,全场分布,厚度0.8m一6.3m,层面埋深9.55m～20.63m;⑤中风化砂岩,全场分布,厚度0.70m～12.15m,层面埋深15.50m一23.50m.在厂区内未发现岩溶,滑坡,危岩,泥石流,采空区等不良地质作用,地下水及土壤对混凝土无腐蚀性. 2试桩选取及基本参数根据本工程的进度安排和现场的实际情况,这次试验共选取了有代表性四根桩来检验工程桩的单桩竖向抗压承载力.这四根分别是27号桩,38号桩,4l号桩和21号桩,其中27号桩,38号桩,41号桩的设计类型为钻孔灌注桩,2l号桩为预制管桩.它们的基本参数见表1.2.1试验方法本次试验依据JGJ106-2003建筑基桩检测技术规程(以下简称规范),本试验采用堆载平台法,上面堆放钢条,堆放时要均匀,构成加载反力系统(见图1).用油压千斤顶进行加载.通过对称布置于桩头的百分表测量桩的变形情况,百分表的分辨力不小于O.01mm,量程为500mm.所有百分表均用磁性表座固定在具有一定刚度的基准梁上.裹1试桩的基本参数混凝土桩长桩身承载力最大实验桩号桩端持力层强度等级直径/mill特征值/kN荷~~/kN27号C25⑤中风化砂岩16.260o10b02O0038号C⑤中风化砂岩16.16001O00200041号C25⑤中风化砂岩21.16001O0o20002l号C25⑤中风化砂岩22.0600l30o26oO2.2试验设备及桩基实验前的准备工作5000kN千斤顶1台;压力传感器1只;百分表2只;位移测量基准梁采用60mm×2000mm钢管1根;手动油泵站一个;堆载用钢条约150根,每根重约1.8t,规格6000tonix200咖×200mm;圆形钢板2块,规格6seemillx20nlnl,分别安置在桩头和千斤顶顶部;所有设备总加载能力不小于3000kN;50t吊车一台.实验前,对试桩进行开挖,清除桩头浮浆,以方便放置仪器,桩帽进行特别制作.所有准备工作做好后,安置仪器.加载装置示意图如图1所示.注:l—桩身;2一千斤顶;3一百分表;4一圆形钢板;5--位移测量基准梁上部堆毅物为钢条圈1加载装置示意圈2.3试验荷栽分级及沉降观测[3]卢廷浩.岩土数值分析[M].北京:中国水利水电出版社,[4]20o8:6o_78.熊种.边坡稳定性分析方法综述[J].山西建筑,2010,36(15):121—122.ComparisononapplicationOffiIliteelement anddiscreteelementmethodanalysisonslopestabilityCHENYou-liangRENXu?kaiLIUMing-liang (DepartmentofCivilEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTech nology,Shanghai200093,China)Abstract:Thispaperanalysedthestabilityofsanlecontinuityrockslopeusingfi niteelementanddiscretedementtwomethods,comparedthefi—niteelementanddiscreteelementcalculationresultsfromthecalculatedprincip le,calculationofanumberofjointrockslopetwoaspects,gained someconclusions.SOa8tobetterguidethecalculationofslopestability. Keywords:finiteelement,discreteelement,slopestability,safetyfactor收稿日期:2012—02—15作者简介:周华林(1987-),男,在读硕士。

抗滑桩加固边坡的稳定性分析及最优桩位的确定
我们需要对边坡进行稳定性分析。

边坡的稳定性主要取决于边坡的坡度、土体的性质和滑动面的性质等因素。

我们可以通过使用常见的边坡稳定性分析方法，如平衡法、极限平衡法和有限元法等来进行边坡稳定性分析。

平衡法是最常用的方法，它假设边坡是一个刚体，通过对边坡的重力和阻力进行平衡计算，确定边坡的稳定性。

而极限平衡法则是在平衡法的基础上加入了边坡的破坏准则，通过计算边坡在破坏状态下的平衡条件，确定边坡的极限稳定状态。

有限元法是一种数值计算方法，通过将边坡划分为许多小元素，根据边坡的力学性质和土体的应力应变关系进行力学计算，确定边坡的稳定性。

确定了边坡的稳定性后，我们可以进行抗滑桩的设计。

抗滑桩是一种将桩体插入土体中，通过桩体的摩擦力和土体的抗剪强度来增加边坡的稳定性的方法。

为了确定最优的桩位，我们需要考虑以下几个因素：
1. 桩身的摩擦力：桩身与土体之间的摩擦力是桩体抗滑的主要力量。

桩身的摩擦力与桩体的长度、直径、形状和土体的性质等因素有关。

一般情况下，桩身的摩擦力与桩身的侧摩擦力成正比。

2. 土体的抗剪强度：土体的抗剪强度决定了土体的抗滑能力。

抗剪强度高的土体可以提供更大的抗滑力。

在确定最优桩位时，应选择土体抗剪强度较高的地方。

3. 桩的间距和埋深：桩的间距和埋深对边坡的稳定性有重要影响。

间距过大会降低桩体的抗滑能力，间距过小则浪费了桩材和增加了成本。

埋深过浅会降低桩体与土体的摩擦力，埋深过大则可能导致施工困难和成本增加。