基于有限元方法的边坡稳定性分析(IJEM-V2-N3-10)

基于有限元强度折减法的滑坡稳定性分析滑坡稳定性分析基于有限元强度折减法是一种用于确定滑坡极限稳定性的重要方法。

它主要是通过在滑坡稳定性分析中应用有限元强度折减法，以折减破坏面的形状，计算滑坡受力情况，以及滑坡自重，物质特性及岩土的摩擦特性的数值计算，最终用分析结果来判断滑坡稳定发展的可能性，以确定滑坡稳定状态。

一、有限元强度折减法1、折减原理：有限元强度折减法是一种直接定位破坏面的方法，其原理是通过折减岩体的强度，来确定破坏开裂的面。

在有限元中，折减的本质就是改变模型的材料参数，找到一个最小的一组有限元强度折减设定，以便确定所需的破坏面。

2、折减边界：有限元强度折减法的折减边界就是要折减的破坏开裂的面。

尽管可以采用自然边界，但是最好采用与实际条件有关的先进边界。

二、滑坡受力情况1、岩土特征：滑坡稳定分析包括对岩土特性的计算，例如土壤材料的屈服强度、弹性模量和泊松比以及岩土体内强度、摩擦以及连接情况等，并结合岩土稳定性理论，评价土坡稳定性。

2、受力、物质特性：另外，还需要考虑滑坡体的受力和物质特性，这些元素包含滑坡自重、坡面上的重力、地形力以及雨水等，它们也是滑坡稳定性分析的重要组成部分。

三、岩土的摩擦特性1、析出摩擦角：在滑坡稳定性分析中，析出岩土的摩擦角是计算极限稳定性的重要标准之一。

通过有限元强度折减法分析，可以精准计算出滑体内岩土摩擦角，从而得到表征滑坡发展可能性的结果。

2、摩擦和静定：岩土的摩擦力可以通过契约定理分析求得，它是由滑体摩擦角和坡度决定的，其大小可以被表达为“摩擦-坡度”系数。

此外，只有当滑体内岩土摩擦角足够大时，滑坡才具有静定发展的可能性。

四、滑坡稳定状态1、岩体状态：滑坡稳定状态可以根据岩体状态来评价，只有当滑坡稳定发展时，才能保证滑坡体状态稳定；2、计算结果：通过有限元强度折减法分析，可以根据折减的结果计算出滑体的受力状况，确定极限稳定性；3、应变计算：此外，还需要通过应变计算和时变分析，来评价滑坡稳定状态的发展趋势。

基于有限元强度折减法对某矿山边坡的稳定性分析与思考发布时间：2023-02-03T06:10:11.846Z 来源：《工程建设标准化》2022年9月18期作者：柳群荣[导读] 以某矿山边坡为工程背景，选取某露天矿山终了边坡VI-V′I剖面，建立的平面二维模型。

柳群荣中检集团康泰安全科技有限公司广东分公司 518000摘要：以某矿山边坡为工程背景，选取某露天矿山终了边坡VI-V′I剖面，建立的平面二维模型。

基于有限元强度折减法分别对自重工况、自重+爆破工况、自重+地震工况不同条件下采场边坡进行稳定性分析。

计算得到采终了边坡在自重工况条件下边坡安全系数Fs为1.59、自重+爆破工况条件下边坡安全系数Fs为1.55、自重+地震工况条件下边坡安全系数Fs为1.43，仍然处于较为稳定的状态。

关键词：边坡；有限元强度折减法；稳定性分析引言露天开采相对于地下开采具有资源回收率高、安全条件好、劳动效率高、生产规模大等优点，所以露天开采在采矿业界为最主要的开采方式之一。

而在露天矿山开采过程中边坡问题是影响安全生产的最主要问题。

边坡失稳导致的矿山安全事故频发，给矿山企业造成了大量人员、经济损失，所以开展边坡稳定性工作对矿山企业安全开采具有极其积极的意义[1]。

赵尚毅[2]通过建立非线性有限元模型来分析节理岩质边坡的稳定性，验证了有限元强度折减法在节理岩质边坡稳定性分析的可行性。

王旭[3]结合某匀质边坡实例，利有限元强度折减法进行矿山边坡安全系数计算。

通过对比不同参数对边坡安全系数结果的影响，结合可靠度和确定性的方法，计算边坡安全系数，为矿山滑坡风险的评估提供参考依据。

本文以某露天矿山终了边坡为例，基于有限元强度折减法对不同工况条件下终了边坡稳定性进行分析，通过比较不同工况条件下终了边坡的安全系数，确定边坡的稳定性，为矿企日常边坡管理提供参考。

1.模型选取某露天矿山终采矿区所形成的边坡主要为岩质边坡，矿区区域上的褶皱、断裂构造较发育。

基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析报告学院：土木工程与力学学院专业：结构工程姓名：学号：2016年7月有限元强度折减法研究进展摘要：在边坡稳定性分析中，相比于传统的极限平衡法、极限分析法等，有限元强度折减法具有明显的优势。

这主要体现在其无须事先假定滑动面的形状和位置，只需通过不断降低边坡岩土体的强度参数，进而使边坡岩土体因抗剪强度不能抵抗剪切应力而发生破坏，并最终得到边坡的最危险滑动面及相应的安全系数。

有限元强度折减法兼有数值计算方法和传统极限平衡方法的优点。

本文介绍了有限元强度折减法的原理与主要研究现状，并对其中的一些重点问题进行了研究与总结。

关键词：强度折减法;有限元;边坡稳定1 有限元强度折减法基本原理所谓强度折减，就是在理想弹塑性有限元计算中将边坡岩土体抗剪切强度参数逐渐降低直到其达到破坏状态为止，程序可以自动根据弹塑性计算结果得到破坏滑动面(塑性应变和位移突变的地带)，同时得到边坡的强度储备安全系数ω, 于是有:==。

'/,tan'tan/c cωϕϕω一般地，强度折减弹塑性有限元数值分析方法考察边坡稳定性的步骤是：首先对于某一给定的强度折减系数，通过逐级加载的弹塑性有限元数值计算确定边坡内的应力场、应变场或位移场，并且对应力、应变或位移的某些分布特征以及有限元计算过程中的某些数学特征进行分析，不断增大折减系数，直至根据对这些特征的分析结果表明边坡己经发生失稳破坏，将此时的折减系数定义为边坡的稳定安全系数。

尽管强度折减有限元法在边坡稳定性分析中得到重视与发展，但其计算中需要采用一定的边坡失稳评判标准来确定边坡失稳的临界状态，但是，各种判据的选用至今并没有取得统一。

2 主要研究现状强度折减概念由Zienkiewicz最早提出并用于边坡的稳定性分析，受限于当时数值计算和计算机水平而未能得到大的发展，直到近十几年来，随着数值计算和计算机技术的迅猛发展，强度折减法也得到了极大的发展，国内外许多学者在这方面做了大量的工作。

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建设的快速发展，边坡工程在现代土木工程中扮演着重要的角色。

边坡工程的稳定性分析是边坡设计的基础，对于预防边坡灾害和保障工程安全具有重要意义。

目前，常用的边坡稳定性分析方法主要有极限平衡法和有限元法。

本文将结合这两种方法，进行边坡稳定性的综合分析。

极限平衡法是一种经验法，它基于土体的界面平衡原理和力学基本原理，运用边坡倾覆和滑动的平衡条件，来判断边坡的稳定性。

极限平衡法根据土体的内摩擦角和抗剪强度，计算边坡的安全系数，并判断边坡的稳定性。

在进行极限平衡法分析时，需要确定土体的物理性质和工程参数，如土体重度、土体摩擦角和土体的抗剪强度等。

还需要确定边坡的几何参数，如边坡的高度和坡度等。

通过计算这些参数，可以得到边坡的稳定状态。

有限元法是一种数值分析方法，它基于土体的弹性力学和塑性力学原理，通过将边坡划分为无数个小单元，利用节点间的位移和应力关系，求解边坡的力学行为和变形情况。

有限元法需要建立边坡的有限元模型，并进行边界条件的设定，如边坡的支撑情况和外载荷等。

通过求解有限元模型的位移和应力场，可以得到边坡的力学行为和变形情况。

根据土体的破坏准则（如 Mohr-Coulomb准则），可以计算边坡的稳定系数，并判断边坡的稳定性。

与极限平衡法相比，有限元法可以更准确地描述边坡的力学行为和变形情况，同时考虑了土体的非线性和复杂边界条件。

有限元法需要建立复杂的有限元模型，并对模型的参数和边界条件进行合理的设定，需要较多的计算资源和时间。

在实际工程中，通常将极限平衡法作为快速预估和初步设计的工具，将有限元法作为精细分析和优化设计的工具。

基于极限平衡法和有限元法的边坡稳定性综合分析，可以充分考虑土体的力学行为和变形特性，得到较为准确和可靠的边坡稳定性评价结果。

在进行边坡工程的设计和施工中，可以根据不同的需求和精度要求，选择合适的分析方法，并结合实际工程经验，进行边坡稳定性的评估和优化设计，以确保工程的安全可靠性。

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的非线性动态分析都能够进行计算求解。

2参数选取及计算模型建立2.1 选取背景参数本次数值模拟以国内某矿边坡为对象，采用有限元软件ANSYS分析该边坡结构在不同力学参数条件下的应力应变情况，并判断其稳定性。

边坡的材料属性如表1所示。

2.2 建立计算模型对于边坡这种纵向比较长的实体，计算模型可简化成平面应变问题，即认为边坡所受的外力不随Z轴变化，其在外力作用下所发生的位移和应变都只在自身平面内。

Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2023, 12(6), 771-777 Published Online June 2023 in Hans. https:///journal/hjce https:///10.12677/hjce.2023.126087基于二维有限元堤坝边坡稳定性模拟分析卢志豪*西京学院土木工程学院，陕西 西安收稿日期：2023年5月19日；录用日期：2023年6月9日；发布日期：2023年6月21日摘 要堤坝边坡的稳定性是保障堤坝安全运行的重要因素之一。

堤坝边坡的不稳定可能导致堤坝破坏，从而引发严重灾害，造成人员伤亡和财产损失。

因此，保证堤坝边坡的稳定性对于保障人民生命财产安全和维护社会稳定具有重要意义。

采用有限元COMSOL 对堤坝进行建模，建立大坝边坡受各种载荷的二维有限元分析模型，从而进行研究分析，安全系数(FOS)以及重力和静水压力的影响也是预测堤坝边坡稳定性的必要参数。

模拟后给出堤坝中的压力水头、失稳前的等效塑性应变和堤坝失稳前的位移大小以及最大位移与FOS 的关系示意图。

为了控制地表沉降、变形和滑移等几个重要的影响因素提供了重要的参考依据，对堤坝边坡稳定性的研究开展具有重要意义。

关键词堤坝，有限元，COMSOL ，FOSStability Simulation Analysis of Embankment Slope Based onTwo-Dimensional Finite Element MethodZhihao Lu *College of Civil Engineering, Xijing University, Xi’an ShaanxiReceived: May 19th , 2023; accepted: Jun. 9th , 2023; published: Jun. 21st, 2023AbstractThe stability of the embankment slope is one of the important factors to ensure the safe operation of the embankment. The instability of the embankment slope may lead to the failure of the em-*通讯作者。

基于有限元强度双折减法的土质边坡稳定性分析土质边坡稳定性分析是工程中非常重要的内容。

而基于有限元强度双折减法的土质边坡稳定性分析方法则是一种常用的、准确可靠的分析方法。

本文将对有限元强度双折减法进行详细介绍，并以此为基础，探讨土质边坡稳定性的分析方法。

有限元强度双折减法是一种基于有限元原理的边坡稳定性分析方法。

该方法将边坡土体离散为有限个单元，然后根据土体的力学性质和边坡的几何形状，利用有限元方法求解边坡单元的位移、应力和变形。

在强度双折减法中，土体的强度按照双折减的原理进行计算，即采用承载力折减系数和摩擦角折减系数进行计算。

承载力折减系数是根据土体的强度参数和边坡的几何形状计算得出的，用于表征土体承受边坡负荷的能力。

而摩擦角折减系数则是根据土体内摩擦角和边坡的倾斜角计算得出的，用于表征土体在边坡倾斜状态下的摩擦性能。

有限元强度双折减法的分析流程一般包括以下几个步骤：首先，确定边坡的几何形状和土体的力学性质，包括边坡的坡度、高度、土体的重度和内摩擦角等。

其次，建立边坡的有限元模型，并对土体进行网格划分。

然后，根据边坡的边界条件和荷载情况，进行力学计算，求解边坡单元的位移、应力和变形。

最后，利用得到的位移、应力和变形结果，根据强度双折减法进行边坡稳定性评估。

有限元强度双折减法的优点是可以较为准确地反映土体的力学行为和边坡的稳定性，具有一定的工程应用价值。

然而，该方法需要对边坡的几何形状和土体的力学性质进行较为准确的估计，同时计算过程也较为繁琐。

因此，在实际工程中，还需要结合其他辅助手段和经验，对边坡稳定性进行全面评估。

总之，基于有限元强度双折减法的土质边坡稳定性分析方法是一种较为准确可靠的分析方法。

通过该方法，可以对土质边坡的稳定性进行详细分析和评估，为工程设计和边坡治理提供科学依据。

要为极限平衡法。

该方法用安全系数来评价边坡稳0　前　言定性。

将研究对象（临界破坏的滑体或滑体分块）视为刚体，根据静力平衡原理计算安全系数（滑面土质边坡的稳定性会直接影响边坡工程的安上的抗滑力矩和下滑力矩之比）。

如果滑面为简单全，亦会严重影响周边环境的安全，是土力学中尚平面，可通过静力平衡计算获得解析解，但前提是未较好解决的课题之一。

边坡的稳定性对人民的生必须假定（或指导）滑面的形状及其位置；如果滑命安全和工程的顺利完成，至关重要，所以边坡的面为折线、曲线、圆弧或对数螺线等曲面，则需要稳定性问题亟待解决。

先引入一些假定使问题成为静定，然后采用条分法边坡的破坏形式以滑坡破坏为主，崩塌、泥石进行求解。

由于假定条件各不相同，极限平衡法也流等破坏形式次之。

本文主要针对土质高边坡的滑就多种多样，主要有简化Bishop 法、瑞典法、简化坡失稳进行研究。

边坡在外界条件变化的影响下Janbu 法、Morgensterm-Price 法、不平衡推力法、（如长期浸水、堆载、动荷载等）破坏了原有的力Sarma 法、陆军工程师团法、Correia 法等。

学平衡条件，改变了坡体内部应力状态，降低坡体 1.2　滑移线场法强度，如果内部应力大于坡体本身的抗剪强度就会剪切滑动面的迹线称为滑移线，滑移线场理论产生剪切破坏，坡体沿着软弱面（剪切破坏面）发包括应力场理论和速度场理论。

该方法仅适用于处生整体滑动的现象称为滑坡。

理理想刚塑性体的平面应变。

滑移线的特点主要1　土质边坡稳定性分析的主要方法为：过一点只有两条滑移线；与主应力轨迹呈45°；分布于整个变形区，一直延伸至变形体边界；滑移分析土质边坡稳定性常用的方法有极限平衡线场确定就可以确定应力场。

基于滑移线的特点，法、滑移线法、极限分析法、有限元法等。

需要满足下述平衡条件方可求解：1.1　极限平衡法（1）平衡微分方程及应力边界条件；目前，国际上最常用的边坡稳定性分析方法主【收稿日期】20170707【作者简介】--籍晓蕾（1985-），女，河北邯郸人，硕士研究生，工程师，主要从事岩土工程勘察设计。

基于有限元极限分析法的边坡稳定性研究摘要：边坡稳定性图表，最先出现在20世纪上半叶，继而被作为设计工具得到广泛使用，并引起许多研究人员的注意。

本文根据有限元上下限分析法（UB,LB）通过研究两种不排水抗剪强度存在明显差异的边坡材料和路基材料来评价边坡短期稳定性。

建立了稳定性图表，得到的确切解为4.2%，并通过极限平衡方法对所得的结果进行了对比，发现采用数值极限分析和极限平衡法得到结果存在高达20%的显著性差异。

说明了极限平衡法很多时候会导致错误的结论，尽管它在边坡稳定性评价中得到了广泛的应用。

关键词：道路工程；极限平衡法；稳定值；安全系数；滑坡引言自然边坡、路堤边坡、路堑边坡的稳定性问题，是道路工程建设中常需面临的问题。

预测边坡的稳定性是岩土工程师的主要日常任务，地质学、水文和土壤性质的组合作用是影响边坡稳定的主要因素。

由于它的实际意义重大，边坡稳定性分析得到了许多研究工作者的共同关注[1]。

第一类边坡稳定性图是由泰勒在1937年提出的，继而被作为简单设计和验证工具得以广泛应用[2,3]。

但是对于复杂的设计过程仍然需要进行数值模拟，特别是对于大型的复杂工程。

然而在实际过程中，出于对时间和成本的考虑，进行数值模拟并不总能得以保证和完全可行的。

因此，稳定性图表可以看作是一种最为简单有效的确定边坡安全系数的工具。

通常极限平衡法（LEM）是评价边坡稳定性问题最常用的方法[4]。

然而众所周知最好的解决办法往往不能通过LEM得以实现[5]，安全度的评价相对于上限法超过了10%，这是由于在进行安全系数的计算过程中需要进行光滑表面假定[6,7]，但通过有限元极限分析法可以避免这个弊端当失效机制产生时。

此外，采用极限分析法不仅能够提供一个简单的分析边坡稳定性的有效办法[8]，同时也避免了LEM进行假定的不足之处。

在本研究中，采用上下限极限分析法建立边坡稳定性图表来自Sloan等人的研究[9,10,11]，且这些技术已经被广泛应用到二维和三维的边坡稳定性研究中。