基于ABAQUS研究持续降雨对渝东北某滑坡的影响
基于ABAQUS的边坡稳定性影响因素分析
ISSN1671 -2900CN 43-134 7/TD采矿技术第17卷第4期Mining Technology,Vol.17 ,No.42017年7月July 2017基于A B A Q U S的边坡稳定性影响因素分析岳梦蕾，刘光汉，欧阳天云，余红兵(贵州新联爆破工程集团有限公司，贵州贵阳550002)摘要：为了分析不同因素与边坡稳定性的相互关系，借助了 A B A Q U S有限元模拟软件通过强度折减法，采用控制变量的方法建立了仿真模型，分析了弹性模量、容重、边坡高度、坡面角、粘聚力以及内摩擦角单因素变化对边坡稳定性的影响，得到了不同参数下安全系数随影响因素数值变化的规律。
计算结果表明：弹性模量的变化对边坡的稳定性影响不大，岩土的容重、边坡高度和坡面角与边坡安全稳定系数呈线性负相关，岩土的粘聚力和内摩擦角与边坡安全稳定系数呈线性正相关。
关键词：边坡稳定性；强度折减法；A B A Q U S;控制变量法0引百边坡稳定性研究一直是岩土工程领域复杂的综合性工作。
受到多种内外因素的影响，如何对影响边坡稳定性的各因素进行综合评价，进而指导工程实际，对人民生命财产安全和工程经济建设具有重要意义[12]。
边坡稳定性计算是指用量化指标评定边坡的稳定与否，并对其进行危险性评价，以及可能 变化发展的趋势，通过量化指标对边坡的工程设计提出指导性意见。
之前学者一般采用极限平衡法分析边坡稳定性，该方法易于掌握，计算过程简单快捷，但需预先假定滑动面所处的工况条件，同时不能 考虑岩土实际应力一应变关系，不能分析滑体内的应力、变形分布状况，具有较大的局限性。
后期学者提出基于强度折减法的有限元边坡稳定分析方法，能够分析岩体本身的变形对边坡变形计稳定性的影响，同时能够考虑岩土的非线性本构关系，还能模拟边坡的滑坡过程及其滑移面形状以及岩土与支护结构的共同作用[35]。
本文将建立基于工程实例的A B A Q U S有限元模型，对可能影响边坡稳定的6个因素（弹性模量、容重、粘聚力、内摩擦角、边坡高度、坡面角）通过强度折减法进行独立的数值仿真模拟，进而得出各个因素对边坡稳定的影响，为边坡的合理建设、稳定性 预测提供科学依据[67]。
降雨入渗对某边坡稳定性影响及加固措施
降雨入渗对某边坡稳定性影响及加固措施摘要：边坡失稳事故频发，在对边坡进行分析时，降雨对于边坡稳定性分析具有重要意义。
本文介绍了边坡稳定性分析的三种方法，采用Midas-GTS/NX软件中的有限元强度折减法，建立二维有限元边坡模型进行数值分析，发现原本处于稳定状态的边坡在暴雨工况下稳定性不足，于是对边坡采用了双排桩进行初步加固，结果边坡虽达到基本稳定状态但出现了新的安全隐患，随及采用锚杆进一步加固，结果显示，边坡达到了稳定状态。
关键词：边坡稳定；Midas-GTS/NX；有限元强度折减法；锚杆加固；双排桩加固引言为了保证人民群众生命财产安全以及道路安全，需要深入研究如何提高边坡稳定性，而其中降雨是导致边坡失稳的重要因素之一，需要着重研究。
某边坡为两级边坡，坡高约12米。
一级坡坡率为1：1，坡面上部为自然冲刷地带，岩层表面裸露。
二级坡坡率为1:1.5~1:2。
工作人员发现表面隆起且纵向起伏不平，并在其坡顶处发现了横向裂缝。
为防止边坡失稳，对该边坡进行稳定性分析并制定相应的边固措施。
本文基于Midas-GTS/NX软件的有限元强度折减法，对暴雨工况下边坡的稳定性问题进行了分析﹐以此为基础进行边坡加固措施设计，并对加固后的边坡再次进行了稳定性分析，以判断边坡稳定性是否满足实际使用要求[1]。
1边坡稳定性分析方法国内外学者采用极限平衡法、极限分析法以及有限元强度折减法（SRM）这三种简化计算方法来分析此过程。
极限分析法实用性最强；极限平衡法应用较早，积累的经验更足[2]；有限元强度折减法（SRM）通过软件模拟，可以更加直观的看到边坡内部各单元的应力应变情况以及各点位移。
1.1极限平衡法在研究雨水入渗对边坡稳定性影响分析中，极限平衡法是最有效的方法。
随着渗流量的加大，土体自重变大并出现软化现象，因此土体黏聚力和抗剪强度不断下降[3]。
对于实际工程来说，在分析边坡稳定性过程时通常采用简略方法估算渗流，然后再用极限平衡法来计算。
基于ABAQUS的降雨入渗作用下边坡稳定性分析
基于ABAQUS的降雨入渗作用下边坡稳定性分析基于ABAQUS的降雨入渗作用下边坡稳定性分析摘要：边坡稳定性是岩土工程中的一个重要问题，而降雨入渗会对边坡稳定性产生很大的影响。
本文利用ABAQUS软件，对降雨入渗作用下的边坡稳定性进行了分析。
首先，建立了边坡的数值模型，并进行了力学参数的网格划分和降雨入渗的边界条件设置。
然后，通过分析边坡在降雨入渗作用下的位移变化和应力分布，评估了边坡的稳定性。
结果表明，在较大降雨量和渗透系数的情况下，边坡的稳定性会受到严重的威胁，发生滑坡的可能性较大。
关键词：ABAQUS；边坡稳定性；降雨入渗；数值模拟；滑坡1. 引言边坡稳定性是岩土工程中一个重要而复杂的问题，尤其是在降雨入渗的作用下。
降雨入渗会改变边坡的孔隙水压及地下水位，导致土体内部的饱和度增加，从而减小土体的摩擦角。
同时，较大的降雨量还会对边坡施加额外的载荷，增大边坡的坡向力。
因此，研究降雨入渗对边坡稳定性的影响，对于边坡设计和防护工程具有重要意义。
2. 研究方法2.1 建立数值模型在ABAQUS中，采用三维非线性有限元方法建立了一个边坡的数值模型，边坡材料选用土体。
为了模拟真实的边坡工程情况，考虑了边坡的坡度、坡高和土体的力学参数等因素。
模型中将边坡划分为不同的单元，通过网格划分的方式划分了模型的力学参数。
2.2 设置边界条件模型中设置了降雨入渗的边界条件，包括降雨的强度、时间以及渗透系数等参数。
根据工程实际情况，选取了不同的降雨量和渗透系数进行模拟。
同时，考虑了边坡土体与周围环境的接触情况，设置了边坡底部的固定边界条件。
3. 结果与分析通过对模型进行计算分析，得到了边坡在降雨入渗作用下的位移变化曲线和应力分布图。
根据位移变化曲线可以判断边坡是否发生滑动，根据应力分布图可以评估边坡的稳定性。
3.1 位移变化曲线在较小降雨量的情况下，边坡位移变化较小，稳定性较好。
但当降雨量增加时，位移变化明显增大，边坡的稳定性受到了很大的威胁。
基于ABAQUS强度折减法分析库水位下降对边坡稳定性影响
基于ABAQUS强度折减法分析库水位下降对边坡稳定性影响郭飞;付调金;阮荣乾;管宏飞【摘要】Reservoir water level drawdown has become an inducing factor that affect the landslides which have reactivated since the reservoir impounding. According to the water scheduling solution in reservoir, using ABAQUS software to simulate the water level drawdown process of 175?45 m, considering the case of numerical method based on coupling theory of unsaturated-saturated seepage-stress field and stress field coupling theory effect. By using the strength reduction method, the effect on the stability of Shuping landslide is analyzed. The results show that: when the water lever of reservoir reduced from 175 m down to 145 m with the speed of 0.21 m/d, the front of Shuping landslide will produce some deformation, while there's basically no deformation in the back and centre. The Shuping landslide is in stable state at present, but with the repeated change in reservoir water level and rainfall, it could face the risk of instability. The research results will provide theoretical basis for landslide treatment design.%三峡水库自运行以来,库水下降成为滑坡复活的一个诱因.本文根据库区水位调度方案,利用ABAQUS软件模拟库水位在175～145m的下降过程,考虑饱和-非饱和渗流场与应力场耦合理论效应,并采用强度折减法分析库水下降对树坪滑坡稳定性的影响,分析结果表明:三峡水库以0.21 m/d的速度由175 m降至145m时,树坪滑坡前缘会产生一定的变形,滑坡后缘和中部,基本上未产生变形,目前树坪滑坡处于较稳定状态,但在库水反复变动及降雨作用下,可能会面临失稳的危险.其成果将为库区滑坡治理提供一定的理论依据.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(034)003【总页数】5页(P15-19)【关键词】库水下降;树坪滑坡;非饱和流固耦合;强度折减法;边坡稳定性【作者】郭飞;付调金;阮荣乾;管宏飞【作者单位】三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北宜昌 443002;长江三峡勘测研究院有限公司,武汉430074;水利部海委漳卫南运河乐陵河务局,山东德州 253600;三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北宜昌 443002【正文语种】中文【中图分类】TU457水是诱发滑坡的主要因素.据不完全统计，三峡库区在175m水位范围内共有大小滑坡2 000余个.在日本，大约60%的水库滑坡发生在库水位骤降时期，40%发生在水位上升时期，包括蓄水初期［1].库水位骤然下降时，由于坡体内地下水位下降相对滞后，导致坡体内产生超孔隙水压力，对滑坡的稳定性会产生不利影响，因此，三峡库区水位下降对滑坡稳定性的影响是当前滑坡研究领域十分重要的研究课题.目前对三峡库区滑坡稳定性评价和治理都是建立在饱和土假设基础上，对暴雨、库水位下降产生滑坡的机理研究较少，已有的工程设计均采用对暂态饱和区及暂态水压力进行假定的方法［2].同时，传统的极限平衡法难以有效地考虑水与岩土体的相互作用机理以及渗流场和应力场的耦合效应.基于饱和与非饱和的流固耦合理论的数值方法虽然能解决这些问题，但它是根据边坡的位移场、应力场、塑性区来间接地评价，不能直接给出安全系数以直观评价边坡稳定性.本文通过ABAQUS软件，考虑饱和与非饱和流固耦合效应的强度折减分析，可以直接获得一个安全系数，此方法不仅保持了有限元在模拟复杂问题上的优点，而且概念明确，结果直观，对实际边坡治理工程具有一定的参考意义.1 树坪滑坡概况树坪滑坡［3]位于湖北省秭归县沙镇溪镇长江干流南岸斜坡地段的古滑坡.上距沙镇溪镇千将坪滑坡约3km处，下距三峡工程三斗坪坝址47km.树坪滑坡属多期性巨型滑坡，它是由两个区块（见图1中区块1和区块2）组成，物质组成较复杂（见图2），树坪滑坡区块1大致可以分为滑体、滑带、滑床3部分，其中滑体有两种组成物质.图1 树坪滑坡全貌滑体1为坡积物（Qdl），主要为粉质粘土层夹碎块石，碎块石多呈次棱角状，以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，结构松散～稍密，透水性较差.图2 树坪滑坡工程地质剖面图滑体2为滑坡堆积物（Qdel），主要为碎块石粘土层，碎块石成分主要为泥质粉砂岩、泥灰岩和灰岩.土为壤土、粉质粘土，填充于碎块石中，结构不均匀，稍密，滑体堆积物结构松散，透水性较好.滑带为紫红色角砾石土层，较湿，结构紧密，土可塑.碎石呈次棱角状～次园状，碎石上可见擦痕，土层中可见明显揉皱、光滑镜面.滑带埋深较大，层厚一般在10～20cm.滑床主要为巴东组砂岩夹薄层泥页岩，岩层倾向山里，岩层产状：120～173°，倾角9～38°，滑床基岩稳定，未见滑动现象.滑坡体形态总下陡上缓斜坡，坡度22～35°，滑体厚40～70m，体积约2.0×107 m3.滑体前缘突入长江，剪出口高程约65～68m，滑坡的高程为65～500m，纵长800m，横宽700～900m.自2003年6月三峡水库第一次蓄水至高程135 m后，库区发生大量的滑坡复活及失稳现象.2004年1月，树坪滑坡出现多处变形，宏观变形以地面裂缝和房屋开裂为主.根据地质勘察结果，坡体侧缘剪切带内出现新鲜错位，江面以下剪出口处，特别是在降雨时节，江面出现大面积浑水现象.但根据自动位移计的监测资料表明，目前树坪滑坡处于较稳定状态.2 库水下降饱和与非饱和流固耦合数值模拟2.1 滑坡饱和与非饱和渗流场与应力场耦合模型［4]由应力场平衡方程（1）和非饱和渗流场连续方程（2）共同组成了流固耦合问题的控制方程组：其中，方程（1）中IN是内力矩阵，IP是外力矩阵，此方程由虚功原理推导简化而来.流固耦合数学模型的求解，还需要有相应的定解条件，即确定模型的边界条件和初始条件才能求解.本文研究库水下降对滑坡的影响作用，其边界条件需满足方程（3）和方程（4）：其中，方程（3）为水头边界条件，方程（4）为初始孔隙水压力的分布函数.该方程组还需同时满足以下初始条件：位移边界条件，即U＝u（x，y，z）；初始时刻（t＝0），位移或质点速度的初始值.将流固耦合控制方程组（1）、（2）与在库水下降时相应的渗流场与应力场边界条件和初始条件相结合，就可得到解决非饱和流固耦合问题的控制方程，然后便可求解方程组.2.2 计算模型确定根据树坪滑坡的野外地质勘察和钻孔资料，选择计算剖面如图3所示，该剖面为树坪滑坡1号块体的主滑方向，沿该方向上布置有日本坂田电机株式会社生产的自动位移计，计算模型尺寸为：X方向上最大长度为946m（0＜X＜946m），模型后缘Y方向上最大高程为468m（0＜Y＜468m），前缘Y方向上45m.采用ABAQUS数值计算软件进行工况模拟，计算域包含滑体、滑带和基岩，整个计算域剖分网络单元12 390个，结点共25 330个.图3 树坪滑坡计算模型约束边界条件：左右边界约束水平位移，下边界约束水平和竖直位移，上边界自由. 渗流边界条件：右侧边界库水位以下为水头边界，库水位以上为零流量边界；左侧边界为水头边界.初始地下水位线根据地质钻孔资料得到的实际地下水位线，并通过两侧水头计算得出.2.3 计算工况根据三峡水库运行曲线图（见图4），每年5月至9月为汛期，库水位保持145m 低水位运行；9月底至11月初，汛期过后为满足发电需要，水位从145m大幅上升至175m；11月至次年1月为枯水期，水位维持在175m高水位运行；1月至5月为腾出防洪库容，水位缓慢降落至145m.目前，较多学者研究库水位上升及骤降对库区边坡的影响，未充分考虑到从1～5月，水位缓慢降落情况，从水位调度图中可以看出三峡库区在此时间段内库水位下降平均速度约为0.21m／d，而大多数学者考虑水位骤降的影响，对于揭示古滑坡在库水位变动作用下的复活机理有一定意义，但不能反映水库正常运行下对古滑坡的影响.本文考虑水位正常调度情况下，库水位下降（下降速度约为0.21m／d）对树坪滑坡的影响.图4 三峡水库运行水位调度图2.4 计算参数选取2.4.1 非饱和土渗透性参数非饱和渗流分析涉及的参数除了饱和渗透系数外，还需要材料的初始含水率、土水特征曲线及非饱和渗透性函数.由于树坪滑坡非饱和土性状还未进行实验研究，则其滑体和滑带的非饱和参数采用工程类比法，同时根据地质勘察资料确定树坪滑坡3种材料的渗透性参数分别如下：1）1号滑体：渗透系数取为2.8×10－5 m／s，即2.419m／d.饱和度（Sr）与孔隙水压力（Uw）及渗透系数折减系数（Ks）关系见表1～2.表1 树坪滑坡1号滑体Sr－Uw对应关系（孔压单位：kPa）Sr 0.080 014 375 0.080 021 0.080 031 0.080 065 0.080 116 0.080 235 0.081 836 0.123 317 1 Uw －400 －360 －320 －260 －220 －180 －100 －40 0表2 树坪滑坡1号滑体Sr－Ks对应关系3 0.080 971 0.090 867 0.434 1 Sr0.080 014 0.080 017 0.080 050 0.080 086 0.080 16 Ks 0.273 855 0.291 533 0.408 831 0.473 339 0.550 626 0.744 902 0.904 647 0.949 12）2号滑体：渗透系数取为6.0×10－5 m／s，即5.184m／d.饱和度（Sr）与孔隙水压力（Uw）及渗透系数折减系数（Ks）关系见表3～4.表3 树坪滑坡2号滑体Sr－Uw对应关系（孔压单位：kPa）Sr0.080 0143 75 0.080 025 0.080 05 0.080 086 0.080163 0.080 355 0.080 971 0.084 0.409 885 Uw －400 －340 －280 －240 －200 －160 －120 －80 －20表4 树坪滑坡2号滑体Sr－Ks对应关系6 0.081 836 0.097 0.434 1 Sr 0.080 014 0.080 021 0.080 065 0.080 235 0.080 56 Ks 0.273 855 0.310 874 0.439 592 0.594 431 0.692 013 0.799 240 0.862 0.949 13）滑带：渗透系数取为5.0×10－7 m／s，即0.043 m／d.饱和度（Sr）与孔隙水压力（Uw）及渗透系数折减系数（Ks）关系见表5～6.表5 树坪滑坡滑带Sr－Uw对应关系（孔压单位：kPa）Sr 0.080 014 0.080 065 0.080 116 0.080 355 0.080 566 0.080 971 0.090 867 0.409 885 1 Uw －400－260 －220 －160 －140 －120 －60 －20 0表6 树坪滑坡滑带Sr－Ks对应关系Sr 0.080 014 375 0.080 021 0.080 039 0.080 086 0.080 235 0.083 0.093 0.434 1 Ks0.273 855 317 0.310 874 0.380 815 0.473 339 0.594 431 0.641 653 0.799 240 0.949 14）滑床：渗透系数取为2.0×10－10 m／s，即1.728×10－5 m／d.因不考虑基岩的非饱和特性，所以，计算参数不含饱和度（Sr）与孔隙水压力（Uw）及渗透系数折减系数（Ks）关系.2.4.2 材料力学参数应力应变分析采用 Mohr－Coulomb非饱和土本构模型，计算参数主要有岩土体变形模量（E）、泊松比（μ）、容重（γ）、凝聚力（c）、内摩擦角（φ），主要由地质勘察资料所建议.滑坡计算参数见表7.表7 树坪滑坡岩土体物理学力学参数材料容重γ／（kN·m－3）弹性模量E／kPa 泊松比μ粘聚力C／kPa内摩擦角φ／°滑体－1 21.08 25 000 0.35 40 26滑体－2 19.82 20 000 0.40 36 28.5滑带 20.56 12 000 0.36 30 23.5滑床 24.502.5×1070.22 1 500 803 ABAQUS强度折减法原理3.1 强度折减法原理［5]强度折减法最早由Zienkiewicz等提出，后被许多学者广泛采用.他们提出了一个抗剪强度折减系数（SSRF：Shear Strength Reduction Factor）的概念，其定义为：在外载荷作用保持不变的情况下，外载荷所产生的实际剪应力与抵御外载荷所发挥的最低抗剪强度是按照实际强度指标折减后所确定的、实际中得以发挥的抗剪强度相等.当假定边坡内所有土体抗剪强度的发挥程度相同时，这种抗剪强度折减系数相当于传统意义上的边坡整体稳定安全系数Fs，又称为强度储备安全系数，与极限平衡法中所给出的稳定安全系数在概念上是一致的.折减后的抗剪强度参数可分别表示为式中，c和φ是土体所能够提供的抗剪强度参数；cm和φm是维持平衡所需要的或土体实际发挥的抗剪强度；Fr是强度折减系数.3.2 失稳判据1）以数值计算收敛与否作为评价标准.即根据有限元解的收敛性确定失稳状态.该失稳判据与一定的计算方法相关.因此，以数值计算收敛与否为失稳判据是不合理的，适用性差［6－7].2）以特征部位的位移拐点作为评价标准.根据计算域内某一部位处结点的位移与折减系数之间关系密切曲线的变化特征确定失稳状态，当某处一结点位移突然迅速增大，则认为边坡发生失稳［8].3）以是否形成连续的贯通区作为评价标准.理论上，边坡的变形过程总是伴随着一些物理量的出现和发展，如塑性区、塑性应变、广义剪应变和应力水平等，当这些物理量达到一定的值时，边坡失稳［9].本文采用强度折减法分析库水下降对树坪滑坡影响时，主要采用第2）和3）两种判据，分析在库水下降过程中，滑坡的位移场、塑性区及稳定系数，具有较为明确的物理意义.4 结果分析通过ABAQUS软件，采用弹塑性有限元强度折减法对树坪滑坡进行饱和－非饱和流固耦合计算，其计算结果如图5～6所示.图5 树坪滑坡不同时刻滑体内塑性区分布图图6 树坪滑坡位移增量云图（单位：m）由图5可以看出，库水由175m以0.21m／d的速度下降至145m过程中，塑性应变主要发生在滑带的前缘，滑带的后缘和中部基本上没有产生塑性应变.最大的塑性应变发生在滑带的前缘，对应着滑坡的剪出口.而且，随着库水不断下降，塑性应变有扩大的趋势.根据地质资料分析，在库水作用下，树坪滑坡变形破坏方式主要是牵引式解体，慢速滑移.从塑性区的分布来看，计算结果基本上和地质上的认识和判断是较符合的.树坪滑坡之所以未产生整体性滑移，主要可能由于滑带中部提供强有力的抗滑力，如果滑带中部产生较大的塑性变形，则会导致树坪滑坡滑带塑性区全部贯通，进而导致其整体性失稳.从位移云图分析得出，树坪滑坡的最大位移发生在滑体1和滑体2前缘位置.从滑体前缘至后缘，位移逐渐减小，后缘和中部基本无位移，与塑性区的分布吻合，此时滑坡的位移主要由前缘带动.当采用特征部位的位移拐点判据得到的安全系数为1.112，此时滑坡处于较稳定状态.5 结论1）通过数值计算，在库水以0.21m／d的速度由175m降至145m过程中，树坪滑体1和滑体2前缘出现较大位移，滑体后缘和中部基本上未产生位移，计算结果表明，树坪滑坡由于前缘的牵引，慢速滑移.这与地质资料较符合.2）通过数值模拟，三峡水库在正常泄水的过程中，树坪滑坡塑性区和位移出现的位置，表明在该工况下，树坪滑坡的稳定性受到了一定的影响，引起滑体前缘变形，但计算稳定性系数为1.112，与监测资料较吻合.该计算结果为三峡水库的调度及灾害防治提供一定的参考.参考文献：［1]朱冬林，任光明，聂德新，等.库水位变化下对水库滑坡稳定性影响的预测［J].水文地质工程地质，2002，3（2）：6－9.［2]黄润秋，戚国庆.非饱和渗流基质吸力对边坡稳定性的影响［J].工程地质学报，2002，10（4）：343－348.［3]Wang Fawu，Zhang Yemin，et al.Deformation Features of ShupingLandslide Caused by Water Level Changes［J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2007，26（3）：509－517.［4]张欣.基于ABAQUS流固耦合理论的库岸滑坡稳定性分析［D].济南：山东大学，2005.［5]费康，张建伟.ABAQUS在岩土工程中的应用［M].北京：中国水利水电出版社，2010.［6]Dawson E M，Roth W H，Drescher A.Slope Stability Analysis by Strength Reduction［J].Geotechnique，1999，49（3）：835－840.［7]吕擎峰.土坡稳定分析方法研究［D].南京：河海大学，2005.［8]宋二祥.土工结构安全系数的有限元计算［J].岩土工程学，1997，19（2）：1－7.［9]栾茂田，武亚军，年廷凯.强度折减有限元方法中边坡失稳的区判据及其应用［J].防灾减灾工程学报，2003，23（3）：1－8.。
基于ABAQUS的边坡变形及加固研究
基于ABAQUS的边坡变形及加固研究摘要：边坡稳定性问题是岩土工程建设中的重要问题，抗滑桩作为有效的边坡加固措施，在滑坡治理中占有重要地位。
文章利用 ABAQUS 有限元软件模拟三维边坡，通过强度折减法，分析边坡安全系数以及滑面形成过程，然后分析抗滑桩加固后的边坡稳定性。
研究表明：抗滑桩的挡土作用比较明显，可以提升边坡的稳定性。
关键词：边坡稳定性；ABAQUS；强度折减法；抗滑桩；安全系数边坡稳定性是工程建设中的重要问题，边坡失稳会造成崩塌、滑坡等地质灾害。
2020年，中国发生的地质灾害点有7840处，其中滑坡就有4810处，为主要地质灾害类型，其次是泥石流和崩塌。
利用有限元软件对边坡进行分析，得出结果判断土坡稳定性并提出边坡加固措施，对防治滑坡具有十分重要的意义。
抗滑桩作为有效的边坡加固措施，在滑坡治理中占有重要地位。
因此，本文基于ABAQUS有限元软件对抗滑桩提升边坡的稳定性进行了数值模拟研究。
1 分析方法边坡稳定性分析主要可分为两大类：极限平衡法和强度折减法。
采用有限元强度折减法计算边坡稳定性的关键在于确定边坡是否处于极限平衡破坏状态，目前存在的用于判断边坡是否处于失稳状态的判据主要有三种[1]：以数值计算结果收敛与否作为评价标准，；以特征部位的水平位移关于强度折减系数关系曲线图上的位移拐点作为评价标准；以塑性应变等值线云图中的滑动破裂面是否形成连续贯通区域作为评价标准。
夏园园[2]通过算例分析表明：以坡体顶点位移拐点和塑性区贯通为评价标准求得的安全系数与极限平衡法所得结果比较接近。
本文采用边坡顶部一点位移突变作为判别依据，方便与抗滑桩加固后的边坡稳定性进行比较。
2 边坡稳定性分析以某三维匀质边坡为例，采用有限元分析软件 ABAQUS 分析土坡应力应变等情况，判断土坡稳定性。
边坡坡高为10m,坡度为1:1.5,坡脚距边坡模型前沿的水平距离为10m,坡顶距边坡后缘的水平距离15m,边坡后缘的上顶点距下顶点的垂直距离为20m,边坡的宽度为20m[3]边坡上部为滑体,材料为不稳定土,下部为滑床,材料为稳定土。
降雨导致的滑坡变形及应力的试验分析
降雨导致的滑坡变形及应力的试验分析摘要：本文以四川某边坡为研究对象，通过试验分析了降雨条件下某高速公路路堤边坡的基质吸力变化规律，并分析其稳定性。
结果表明：在降雨总量相同时，降雨持续时间越长，边坡的渗透深度也就大。
这是雨水在渗透进入边坡土体之后由于重力的作用往下渗流，降雨持续时间越长，渗透深度也就越深；在降雨总量相同时，降雨强度越大，越容易在边坡表层形成暂态饱和区。
关键词：边坡工程；降雨；试验0引言我21世纪以来，我国的高速公路的发展非常迅速，高速公路也向山区和荒漠地区发展。
高速公路路堤边坡的稳定性问题也就成为了公路安全发展的关键因素。
对于我国公路路堤边坡的发展与研究，我国的大量学者都做出了相应的贡献。
毛昶熙[1]等、陈祖煜[2]等率先在世纪初利用有限元法分析边坡的稳定性问题，他们基于圆弧滑动法的边坡的滑移分析还考虑到渗流对边坡的作用。
本文基于前人的研究基础，通过试验分析了降雨条件下某高速公路路堤边坡的基质吸力变化规律，并分析其稳定性。
1工程概况本文所研究边坡主要组成地层为粉质黏土。
该边坡最大坡度为1:1.75。
边坡自西向东，西部靠近一座高度约为30m的小土山。
东面距离500m处有一个小水塘，地下水丰富。
该路段处周围的地层土壤类型大部分为软土地基，小部分为侵蚀山地地貌。
坡多且陡峭，山体裂隙众多，岩体破碎明显，而且多数山体出现了明显的断层，自然灾害时有发生。
2试验过程本文开展了一系列降雨滑坡物理模型试验，试验装置主要包括滑坡模型、降雨装置、监测设备等。
其中，T1—T4分别表示安装在坡面上的4个倾角传感器，P1—P4和S1—S4分别表示安装在滑体上的4个孔隙水压力传感器和4个土压力传感器。
通过倾角传感器、微型土压力传感器、孔隙水压力传感器、三维激光扫描仪、高清相机等试验仪器分别量测滑坡倾斜角、应力、变形、坡面形态等的变化。
3试验结果分析3.1降雨类型对孔隙水压力的影响图1显示的是降雨结束时，边坡从坡肩开始沿着深度方向的剖面的孔隙水压力的变化关系。
基于ABAQUS的抗滑桩加固土坡稳定性分析
基于ABAQUS的抗滑桩加固土坡稳定性分析发布时间：2021-06-22T06:55:55.468Z 来源：《防护工程》2021年5期作者：卞林林[导读] 以大型通用有限元分析软件ABAQUS作为平台，,以迭代不收敛联合作为坡面特征点的位移强度陡增数据作为典型抗滑桩加固边坡滑动失稳的判据,通过软件二次开发研究建立了一套能够自动搜索安全系数的典型抗滑桩加固边坡的稳定性以及强度对比折减加固边坡弹塑性的有限元对比分析数据模型,结合一实例与典型抗滑桩算例的数值对比,该分析结果验证了这一对比判据的准确有效性。
卞林林重庆交通大学土木工程学院重庆 400047摘要：以大型通用有限元分析软件ABAQUS作为平台，,以迭代不收敛联合作为坡面特征点的位移强度陡增数据作为典型抗滑桩加固边坡滑动失稳的判据,通过软件二次开发研究建立了一套能够自动搜索安全系数的典型抗滑桩加固边坡的稳定性以及强度对比折减加固边坡弹塑性的有限元对比分析数据模型,结合一实例与典型抗滑桩算例的数值对比,该分析结果验证了这一对比判据的准确有效性。
在此一数据的基础上,针对一实例加固边坡特征点进行了抗滑桩稳定性强度折减数值对比分析。
研究结果表明,对于典型抗滑桩加固的边坡,以抗滑桩强度对比折减有限元法所确定的潜在出现滑动失稳的坡面,一般地比极限分析平衡法、极限分析上限平衡等方法更为重要。
关键词：边坡工程;抗滑桩;强度折减技术;弹塑性有限元设计方法;迭代不收敛1 引言边坡稳定性分析是长久以来最早提出解决仍然没有圆满解决的难题,目前已经有十几种边坡稳定性的分析方法，对于均匀的土质边坡，目前的主要方法然而对面目前各种的数值分析方法来说，通常只能得出边坡的位移，边坡应力，塑性区，也没有办法确定边坡比较危险的滑动面和相对应的安全系数。
随着现代计算机土力学技术的进步和发展,尤其特别是应用于岩土结构材料的应力弹塑性分析和有限元计算分析技术的发展,应用有限元法分析匀质边坡的稳定性越来越普遍。
基于ABAQUS的边坡降雨稳定性分析可靠性研究
基于ABAQUS的边坡降雨稳定性分析可靠性研究陈阳;张晓春;潘君云【摘要】文章以台州马头山边坡为研究对象,通过在滑坡体现场设置降雨量、应力、位移观测设备,记录强降雨条件下滑坡体各项参数的变化规律,并结合现场勘查滑坡体地形、地质资料,采用ABAQU有限元分析软件对边坡稳定性进行模拟分析,以验证基于ABAQUS的有限元分析方法在边坡降雨稳定性分析中的可靠程度.通过对比发现模拟分析所得数据与现场实际观测数据较为接近,误差约在7％左右,可为后续推广基于ABAQUS的模拟分析方法及为设计、施工及运营过程中的边坡预警等研究提供参考.【期刊名称】《西部交通科技》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】6页(P26-30,60)【关键词】现场观测;有限元分析;边坡稳定性【作者】陈阳;张晓春;潘君云【作者单位】台州市交通勘察设计院,浙江台州318000;东南大学,江苏南京211189;台州市交通勘察设计院,浙江台州318000【正文语种】中文【中图分类】U416.1+4台州市位于浙东沿海、太平洋西岸，夏秋季节受台风影响程度较大，强台风带来的强降水往往导致公路高边坡突然滑塌，社会危害较大。
如能在勘察设计阶段通过选用合理的分析方法，建立台风等强降雨条件下挖方路基高边坡稳定性更加准确的分析模型和判断依据，提前做好边坡崩塌、滑移的防范措施，对保证公路运营安全意义重大。
边坡稳定性分析方法主要有定性分析、定量分析和不确定性分析三大类。
20世纪60年代以前多采用定性分析，60年代初形成了刚体极限平衡法，1967年岩土界专家和学者首次成功尝试采用有限单元法来对边坡的稳定性问题进行研究，20世纪80年代以后，计算机技术的快速发展为有限元在工程上的运用提供了客观条件[1]。
在众多工程有限元分析软件中，ABAQUS有限元软件功能较为丰富，使用相对简便，在用户提供结构的几何形状、材料性质、边界条件及载荷工况等信息的条件下，即可通过构建模型，实现复杂的非线性工程问题模拟分析，在岩土应力、位移模拟分析中应用较为广泛，能模拟流体渗透和实现应力耦合分析。
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基于ABAQUS研究持续降雨对渝东北某滑坡的影响
滑坡作为最常见的地质灾害之一，其造成自然环境和社会环境的损失是毋庸置疑的，在渝东北地区，滑坡灾害影响了人们的正常生活，制约着当地的经济发展。
强降雨作用通常是触发大型滑坡的主要诱因，为更好地研究持续降雨条件下滑坡的变形破坏机理，通过ABAQUS软件模拟该地区典型滑坡在连续8天降雨条件下的变形破坏，探究该地区降雨诱发滑坡的致灾机理，得出在渝东北地区长期持续的强降雨入渗是滑坡诱发的主要因素，其斜坡变形模式属于孔隙水压力诱发的平推式地质模式。
研究成果对推动该地区滑坡预警预报，滑坡治理具有积极意义。
标签：滑坡；降雨；ABAQUS；数值模拟
引言
大量事实和研究表明，降雨充沛且多暴雨的气候是渝东北地区滑坡灾害多发的主要触发因素。
重庆自古就有十滑九雨的论断，国内外学者通过大量研究表明，滑坡的活动强度与降雨量呈正比关系。
渝东北地区历年发生的极端降雨，均诱发了大范围区域性滑坡灾害。
近年来，国内外学者对降雨诱发滑坡进行了大量的研究与实践，本文通过ABAQUS软件模拟该地区典型滑坡在持续降雨条件下的变形破坏，对探究该地区降雨诱发滑坡的致灾机理，推动该地区滑坡预警预报，滑坡治理具有积极意义。
1 工程实例
巫山县龙溪镇汪家坪滑坡位于龙溪镇双河村二组，整体形态成“扇”型，滑坡横宽约760.0m，纵长约620.0m，面积约24.7×104m2，厚度17.7m～44.8m，平均厚度35.0m，体积约864.5×104m3，属大型深层土质滑坡，主滑方向145°～157°。
滑坡后缘以坡顶平台外侧变形裂缝为界，滑坡前缘剪出口位于长溪河河床左岸，滑坡东北侧以凸起山脊基岩出露为界，东南侧以地形转折处为界，西北侧以地形转折为界，西南侧以地形出现转折，且基岩出露部位为界。
滑坡体局部区域变形较强烈，滑坡后缘发育一条长约169.6m的下挫裂缝，滑坡中前部发育多条贯通拉张下挫裂缝，并出现多处局部滑塌现象。
假设汪家坪滑坡滑体、滑床属于均值各相异性。
坡体的有效黏聚力c=45KPa、有效内摩擦角φ=28°、重度γ=1.85g/cm3、弹性模量E=30MPa、泊松比υ=0.3、初始空隙比e=0.8、饱和渗透系数Kws=0.019（m/h）
一般来说，水力渗透系数在饱和土中是常量，而在非饱和土中则与基质吸力或体积含水量有关。
在本文分析中，土中水的渗透系数引用了文献[1]的计算公式，定义了渗透系数和基质吸力之间的关系：
同样需要定义土-水特征曲线，采用文献[2]的计算公式，定义饱和度与基质
吸力之间的关系：
为研究降雨强度及渗透系数对边坡稳定性的影响，根据气象部门搜集到的巫山县龙溪镇双河村气象资料，整理可以得到降雨工况，连续8天降雨量分别为15mm、46mm、49mm、18mm、5mm、74mm、251mm、18mm。
本文的计算是在ABAQUS软件平台上进行二次开发来进行的，将土体视为孔隙材料，假设孔隙材料是具有固体架构中均布孔隙的多孔介质，同时将节点位移和孔隙水压力作为节点自由度。
通过在ABAQUS中编写用户子程序USDFLD，引入修正的Mohr-Coulomb破坏准则，进行降雨入渗下非饱和土坡渗流场和应力场的耦合分析。
在ABAQUS中把控制剖面进行单元格划分，共21718个有限元单元，同时在滑坡剖面上设置4个监控单元A，B，C，D，有限元计算模型如图1所示。
其设定的边坡初始饱和度状况为坡顶8%左右，坡面介于8%～100%之间；初始地应力采用自重作用下的地应力场，侧压力系数采用经验公式K0=1-sinφ；初始孔隙比为1.0。
2 模拟结果分析
边坡位移的變化情况降雨入渗使得滑坡表层的非饱和区含水量增高，基质吸力下降，边坡表层形成一个暂态饱和区，导致边坡表层产生与基质吸力变化有关的应变，最终边坡产生位移。
降雨入渗引起边坡岩土体的位移变化包括两部分：（1）边坡的孔隙水压力上升，基质吸力减小，边坡岩土体强度下降，引起边坡体的位移变化；（2）边坡的孔隙水压力上升，导致边坡的非饱和岩土体产生应变。
经过持续8天的强降雨，该滑坡体的孔隙水压力等值线云图经过调整达到相对稳定状态，与此同时，滑坡体应变状态随着降雨的持续，调整并达到平衡。
数值模拟结果表明，历时持续8天的强降雨，最大日降雨量251mm/h，通过提取A、B、C、D四点的特征点位移曲线，滑坡体表面发生10cm-30cm不等的水平位移量。
根据重庆市地质灾害防治工程勘查设计院编制的重庆市巫山县龙溪镇汪家坪滑坡应急抢险勘查报告，滑坡变形破坏特征如下，裂缝L1发育滑坡后缘，裂缝延伸长度169.6m，宽1.0～8.3cm，局部下挫20cm，延伸方向约70°～75°，局部段分为两条平行裂缝。
裂缝发育L2滑坡中前部，裂缝延伸长度317.0m，宽1.0～11.5cm，延伸方向约50°～60°，局部段分为多平行裂缝。
裂缝L3发育滑坡前缘，裂缝延伸长度280.6m，宽1.0～10.4cm，局部下挫45cm，延伸方向53°～90°。
这一计算结果与那一阶段实际发生的滑坡现象相当吻合，从而很好验证了本文提出的降雨条件下边坡稳定性分析模型和相应的有限元计算程序的可靠性，可以用于降雨条件下边坡稳定性评价分析。
3 结束语
进一步对变形机理分析，得出如下结论：
（1）受持续强降雨及特大暴雨影响，滑坡存在变形破坏的可能性。
（2）持续强降雨及特大暴雨直接诱发汪家坪滑坡再次出现强变形迹象，滑坡后缘出现一组贯通长度达169.6m的拉张裂缝和局部滑塌体，滑坡前缘出现多处密集贯通拉张、下挫变形裂缝。
滑坡前缘变形裂缝越靠前张开度越宽，下挫高度越高，变形迹象越明显，变形程度越强烈。
（3）汪家坪滑坡为一老滑坡发生整体滑动后形成的滑坡堆积体，滑坡体结构较为松散，抗剪力学强度较低，自身稳定性安全储备不够。
且由于滑坡区地下水位较为丰富，形成的巨大动水压力进一步降低滑坡体的稳定性。
受持续强降雨及特大暴雨影响，大量大气降雨入渗增加滑坡体的自重，降低滑体抗剪强度，抬升地下水位增加其动水压力，从而降低滑坡体整体或局部稳定性，直接诱发滑坡后缘、滑坡中部左侧及滑坡前缘长溪河河谷左岸三级较陡斜坡区域出现裂缝、局部滑塌等变形迹象，为老滑坡的局部失稳。
（4）长期持续的强降雨入渗是其诱发的主要因素，其斜坡变形模式属于孔隙水压力诱发的平推式地质模式。
参考文献
[1]Cho S E，Lee S R. Instability of unsaturated soil slopes due to infiltration[J].Computers and Geotechnics，2001，28（3）：185-208.
[2]谭万沛，罗晓梅，王成华.暴雨泥石流预报程式[J].自然灾害学报，2000（3）：106-111.
作者简介：罗晓龙（1992-），男，重庆南川人，硕士，主要从事滑坡、边坡方面的研究工作。