abaqus在岩土工程中的应用-边坡稳定分析
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]。
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。
基于ABAQUS的某土石坝坝坡稳定性分析
1引言土石坝稳定性分析常用的方法主要是极限平衡法和有限元法。
极限平衡法以毕肖普法、摩根斯顿-普赖斯法、Spencer法、Sarma法、楔形体法等[1-4]为代表，有限元法以强度折减法[5]为代表。
随着土地本构模型（摩尔库仑模型、邓肯张模型、Drucker-Prager模型等）理论应用成熟和有限元软件开发应用，强度折减法越来越多地应用到工程实际，为工程设计提供印证，如边坡、坝坡、隧道、基坑等有限元分析，并趋于成熟。
近年来，国内学者对强度折减法的应用开展了大量工作：李小春[6]采用强度折减法对边坡的多滑面进行了模拟，认为该方法得到的多级滑动面与现场监测数据吻合较好。
王曼等[7]采用ABAQUS软件的强度折减法分析了边坡的稳定性，确认其计算结果的合理性。
王作伟等人[8]采用强度折减方法计算了边坡的极限上限，对比验证强度折减法与传统极限平衡法具有良好的适应性。
雷艳等[9]采用强度折减法对土石坝坝坡进行稳定分析，得出的安全系数与塑型区域可为工程提供借鉴。
以上研究均取得了较好的研究成果，表明强度折减法用于工程实际分析边坡、坝坡稳定性是可行合理的。
故本文基于以上研究，采用ABAQUS软件结合强度折减法对某均质土石坝进行稳定性分析计算，并从水利工程建设管理的角度，浅析建设管理对工程质量的控制。
2强度折减法所谓强度折减法是指给一强度折减系数F r[10]，采用公式（1）和（2）将土体抗剪强度指标进行降低，导致土体逐渐失稳，土体单元发生塑性变形，当临界失稳时，折减系数就是边坡对应的安全系数。
具体公式如下所示：c m=c/F r（1）φm=arctan（tanφ/F r）（2）式中，c和φ为土体的抗剪强度指标（粘聚力和内摩擦角）；c m和φm是折减后的抗剪强度；F r是强度折减系数。
强度折减法精髓在于降低土地的抗剪强度指标，使土地单元应力不能配套而失稳。
3土石坝稳定性分析某均质土石坝，最大坝高100m，正常蓄水位在坝高90m处，坝顶宽8m，上下游坡比为1∶3√，坝体材料密度为2200kg/m3，强度参数如表1所示。
ABAQUS强度折减法在边坡稳定性分析中的应用
ABAQUS强度折减法在边坡稳定性分析中的应用闫俊维;王曙光;陈静瑜【摘要】文章依托某边坡工程实例,基于ABAQUS软件,以塑性区贯通为失稳判据,构建综合运用岩土数值模拟和强度折减技术的边坡稳定性分析模型,对坡体失稳滑动面的形状和位置,以及岩土抗剪强度参数粘聚力c和内摩擦角(φ)对边坡稳定性影响进行计算分析,并与已有研究成果进行对比,验证了ABAQUS有限元强度折减法边坡稳定性分析理论和方法的正确性和有效性.研究成果可为边坡工程设计与施工提供一定的参考.【期刊名称】《西部交通科技》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】4页(P21-24)【关键词】边坡工程;稳定性分析;ABAQUS软件;强度折减法;抗剪强度参数【作者】闫俊维;王曙光;陈静瑜【作者单位】贵州高速公路集团有限公司,贵州贵阳550000;贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司,贵州贵阳550000;华东交通大学轨道交通学院,江西南昌330000【正文语种】中文【中图分类】U416.1+4闫俊维(1987—)，助理工程师，主要从事公路建设管理工作；王曙光(1983—)，工程师，主要从事公路路基设计及地质勘察工作。
边坡工程一直以来都是岩土工程中的重要研究领域。
早期对边坡稳定性分析评价，大都基于实践经验，运用工程类比法进行主观判定[1]。
随后，随着土力学极限平衡理论的发展，运用条分法计算极限平衡状态边坡整体稳定性的极限平衡法可得到边坡稳定性安全系数，但不能考虑土体内部应力应变关系，且无法准确描述边坡的失稳过程[2]。
近年来，随着计算机技术的普及和发展，通过研究坡体内部的应力应变特征，进而分析坡体内部形变和稳定问题的有限元数值方法在边坡稳定性分析中也得到了蓬勃发展[3]。
然而，以往有限元数值分析无法直接评价边坡稳定性，大多是通过分析坡体位移场、应力场、塑性区等参数来间接评价边坡稳定性，或者是根据有限元分析得到最危险滑动面之后，再利用极限平衡分析方法计算安全系数。
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降雨入渗作用是指降雨水分进入地下的过程，在边坡稳定性分析中起着至关重要的作用。
本文将基于ABAQUS软件进行降雨入渗作用下边坡稳定性分析，主要包括模型建立、边界条件设定、参数确定和结果分析等内容。
首先，需要建立边坡的三维有限元模型。
根据实际情况，选择合适的单元类型和网格划分，将边坡及周围土体划分成多个单元。
为了准确描述边坡和土体的力学行为，应根据实验测试数据确定材料的本构关系。
接下来，需要设定边界条件。
在降雨入渗作用下，边界条件将包括边坡表面的水流边界条件和边坡底部的水平位移边界条件。
水流边界条件可以通过设定流量或水头来模拟边坡表面的降雨入渗情况。
水平位移边界条件可以根据实际情况设定边坡底部的约束情况，如固定边界或约束位移。
然后，需要确定模型中的参数。
参数的确定包括材料参数和降雨入渗参数。
材料参数可以通过实验室试验或现场测试来获得，例如土体的体积重和强度参数等。
降雨入渗参数可以根据实际降雨情况和地下水位来确定，例如降雨强度、时间和地下水位等。
最后，进行结果分析。
利用ABAQUS软件进行数值计算后，可以获得边坡的应力、位移和稳定性等信息。
根据计算结果，可以评价边坡的稳定性，并根据需要进行边坡的改进设计。
总结起来，基于ABAQUS的降雨入渗作用下边坡稳定性分析包括模型建立、边界条件设定、参数确定和结果分析等步骤。
通过准确描述土体的力学行为和设定合适的边界条件，可以有效评估边坡的稳定性，在工程实践中具有重要的应用价值。
abaqus在岩土工程中的应用 案例文件
abaqus在岩土工程中的应用案例文件abaqus是一款常用的有限元分析软件，广泛应用于岩土工程中。
下面列举了岩土工程中abaqus的应用案例，包括地基工程、边坡稳定性分析、挡土墙设计等方面。
1. 地基工程地基工程是岩土工程的核心内容之一，abaqus可以用于地基的承载力和沉降分析。
通过建立地基模型，考虑不同荷载情况下的土体性质，可以计算地基的承载力和变形情况，进而指导实际工程设计。
例如，可以通过abaqus模拟地基基坑开挖对周围土体的影响，预测地基下沉的情况，为地下结构的设计提供依据。
2. 边坡稳定性分析边坡稳定性是岩土工程中的重要问题，abaqus可以用于边坡的稳定性分析。
通过建立边坡模型，考虑不同荷载、土体参数和边坡几何形状等因素，可以计算边坡的稳定性指标（如安全系数）和发生滑移的位置。
例如，可以通过abaqus模拟陡坡下雨后的渗流和剪切破坏，评估边坡稳定性，并提出相应的加固措施。
3. 挡土墙设计挡土墙是岩土工程中常见的结构，abaqus可以用于挡土墙的设计和分析。
通过建立挡土墙模型，考虑土体参数、结构形式和荷载情况等因素，可以计算挡土墙的稳定性和变形情况，指导挡土墙结构的设计。
例如，可以通过abaqus模拟挡土墙的荷载响应和土体变形，评估挡土墙的稳定性，并确定合适的尺寸和材料。
4. 地铁隧道分析地铁隧道是岩土工程中的典型工程，abaqus可以用于地铁隧道的分析。
通过建立隧道模型，考虑地下水、土体参数和开挖方式等因素，可以计算隧道的稳定性和变形情况，指导隧道的设计和施工。
例如，可以通过abaqus模拟隧道开挖对周围土体的影响，评估隧道的稳定性和地表沉降情况，并提出相应的支护措施。
5. 岩石力学分析岩石力学是岩土工程中的重要分支，abaqus可以用于岩石的力学分析。
通过建立岩石模型，考虑岩石的本构关系和荷载情况，可以计算岩石的应力分布、变形情况和破坏机制，指导岩石工程的设计和施工。
例如，可以通过abaqus模拟岩石的加载过程和破坏模式，评估岩石的强度和变形特性，为岩石工程提供依据。
基于C#语言的ABAQUS二次开发及其在边坡稳定性计算中的应用
基于Ｃ＃语言的ＡＢＡＱＵＳ二次开发及其在边坡稳定性计算中的应用收稿日期：２０２１－０７－２９；修回日期：２０２１－１２－２０基金项目：矿冶科技集团有限公司青年基金（０４－２１２２）作者简介：吴子牛（１９９７—），男，江苏泰兴人，硕士研究生，从事计算机在尾矿坝边坡安全监测系统中的应用研究工作；北京市大兴区北兴路东段２２号，矿冶科技集团有限公司，１０２６２８；Ｅ ｍａｉｌ：ｗｚｎｈａｈａｗｚｎ＠１６３．ｃｏｍ吴子牛１，２，王 莎１，２，卢欣奇１，２（１．矿冶科技集团有限公司；２．金属矿绿色开采国际联合研究中心）摘要：ＡＢＡＱＵＳ软件界面操作复杂，且前后数据处理需花费大量时间，针对以上问题，采用Ｃ＃语言对ＡＢＡＱＵＳ进行二次开发，突破传统的单纯使用Ｐｙｔｈｏｎ脚本配合ＡＢＡＱＵＳ内置ＧＵＩ插件工具箱开发的局限性，利用Ｃ＃语言编写程序，直接调用ＡＢＡＱＵＳ求解器，实现在不打开软件界面的情况下进行计算并读取结果，并将强度折减系数显示在ＷｉｎＦｏｒｍ窗体程序上。
开发后的系统大大简化了ＡＢＡＱＵＳ中求解特定岩土边坡工程问题的复杂操作，降低了软件操作难度。
关键词：ＡＢＡＱＵＳ；二次开发；Ｃ＃语言；边坡稳定性；强度折减法 中图分类号：ＴＤ７６文献标志码：Ａ开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：文章编号：１００１－１２７７（２０２２）０２－００６１－０４ｄｏｉ：１０．１１７９２／ｈｊ２０２２０２１１引 言边坡是岩土工程的重要组成部分，对边坡稳定性分析的研究历来是岩土工程界的重点和难点课题。
随着数值模拟技术的发展，基于有限单元法的强度折减技术在边坡稳定性分析中得到了广泛的应用［１］。
ＡＢＡＱＵＳ作为大型通用有限元分析软件的一种，在求解非线性问题方面十分优秀，在模拟岩土工程高度非线性问题中，具有优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性。
因此，工程界常将ＡＢＡＱＵＳ用于岩土工程的边坡问题分析［２］。
虽然ＡＢＡＱＵＳ拥有强大的计算分析功能，但其在实际应用过程中却对操作人员的经验技巧有一定的要求。
abaqus在岩土工程中的应用-边坡稳定分析
高等土力学边坡稳定分析专业：岩土工程姓名：XXX指导老师：XXX学号：XXX1.前言边坡稳定分析是边坡设计的前提，它决定着边坡是否失稳以及边坡失稳时存在多大推力，以便为支护结构设计提供科学依据。
然而这个问题至今仍未得到妥善解决，因为解决这一问题必须先要查清坡体的地质状况及其强度参数，同时又要有科学合理的分析方法［1］。
对于均质土坡，传统方法主要有：极限平衡法，极限分析法，滑移线场法等，就目前工程应用而言，主要还是极限平衡法，但需要事先知道滑动面位置和形状。
对于均质土坡，可以通过各种优化方法来搜索危险滑动面，但是对于岩质边坡，由于实际岩体中含有大量不同构造、产状和特性的不连续结构面，传统极限平衡方法尚不能搜索出危险滑动面以及相应的稳定安全系数。
边坡稳定分析涉及复杂的地质地形边界条件、材料的应力-应变的非线性行为、初始地应力、水压力、地震荷载的耦合分析等等，多数情况下不能获得解析解。
在计算机和计算方法不断发展的背景下，以有限元为代表的数值分析方法在20世纪70年代已逐步在岩土工程中推广应用，并发展成为一种强有力的计算分析工具。
然而传统的数值分析方法一般只是得出边坡应力、位移、塑性区等，不能直接与边坡稳定建立定量关系。
随着计算机技术的发展，有限元强度折减法近来在国内外受到关注［2〜12］，对于均质土坡已经得到了较好的结论，但尚未在工程中实用，本文采用有限元强度折减法，对均质土坡进行了系统分析，证实了其实用于工程的可行性，得到了节理岩质边坡坡体的危险滑动面和相应的稳定安全系数。
该方法可以对贯通和非贯通的节理岩质边坡进行稳定分析，同时可以考虑地下水、施工过程对边坡稳定性的影响，可以考虑各种支挡 结构与岩土材料的共同作用，为边坡稳定分析开辟了新的途径2•有限元强度折减法原理c = c /， tan 二 tan 厂这种方法早在70 年代就提出来了。
1975年Zienkiewize 就利 用有限元进行边坡稳定分析，但是由于受计算条件的限制，此法一直 没有流行起来。
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高等土力学
边坡稳定分析
专业：岩土工程
姓名：xxx
指导老师：xxx
学号：xxx
1.前言
边坡稳定分析是边坡设计的前提，它决定着边坡是否失稳以及边坡失稳时存在多大推力，以便为支护结构设计提供科学依据。
然而这个问题至今仍未得到妥善解决，因为解决这一问题必须先要查清坡体的地质状况及其强度参数，同时又要有科学合理的分析方法[1]。
对于均质土坡，传统方法主要有：极限平衡法，极限分析法，滑移线场法等，就目前工程应用而言，主要还是极限平衡法，但需要事先知道滑动面位置和形状。
对于均质土坡，可以通过各种优化方法来搜索危险滑动面，但是对于岩质边坡，由于实际岩体中含有大量不同构造、产状和特性的不连续结构面，传统极限平衡方法尚不能搜索出危险滑动面以及相应的稳定安全系数。
边坡稳定分析涉及复杂的地质地形边界条件、材料的应力-应变的非线性行为、初始地应力、水压力、地震荷载的耦合分析等等，多数情况下不能获得解析解。
在计算机和计算方法不断发展的背景下，以有限元为代表的数值分析方法在 20 世纪 70年代已逐步在岩土工程中推广应用，并发展成为一种强有力的计算分析工具。
然而传统的数值分析方法一般只是得出边坡应力、位移、塑性区等，不能直接与边坡稳定建立定量关系。
随着计算机技术的发展，有限元强度折减法近来在国内外受到关注[2～12]，对于均质土坡已经得到了较好的结论，但尚未在工程中实用，本文采用有限元强度折减法，对均质土坡进行了系统分析，证实了其实用于工程的可行性，得到了节理岩质边坡坡体的危险滑动面和相应的稳定安全系数。
该方法可以对贯通和非贯通的节理岩质边坡进行稳定分析，同时
可以考虑地下水、施工过程对边坡稳定性的影响，可以考虑各种支挡结构与岩土材料的共同作用，为边坡稳定分析开辟了新的途径。
2.有限元强度折减法原理
c' = c /ω，tanϕ' =tanϕ/ω
这种方法早在 70 年代就提出来了。
1975 年Zienkiewize 就利用有限元进行边坡稳定分析，但是由于受计算条件的限制，此法一直没有流行起来。
近年来，这种方法随着计算机软件和硬件的发展又有了新的发展。
3.有限元强度折减法判断依据
有限元强度折减法分析边坡稳定性的一个关键问题是如何根据有限元计算结果来判别边坡是否处于破坏状态。
目前的失稳判据主要有两类：
（1）在有限元计算过程中采用力和位移的不收敛作为边坡失稳的标志。
（2）以广义塑性应变或者等效塑性应变从坡脚到坡顶贯通作为边坡破坏的标志。
以上两种判据得到的安全系数相差不大。
4.案例分析
4.1.工程概况
有一高H=13m，坡脚为45度的均质边坡，土体容重20KN/m3,粘聚力c=12.38Kpa,摩擦角20度。
按平衡极限分析法，求土坡的稳定安全系数。
4.2模型的建立与求解
4.2.1建立部件
在Part模块中建立，如下所示的部件下所示的
4.2.2设置材料及截面特性。
4.2.3装配部件
4.2.4定义分析步
在step模块中建立load、reduce分析步
4.2.5定义载荷、边界条件。
在Load模块中，定义载荷和边界条件，如下所示4.2.6划分网格，在mesh模块中划分网格，如下所示
图1 网格图
4.2.7修改模型文件
4.2.8提交作业
4.3结果分析
本算例在第二个分析步的0.23526时无法收敛，计算终止。
图2 FV1随U1的变化关系
强度折减到某一程度后，土体就已经失稳，既就是在t=0.23526时土坡失稳破坏。
我们由图可以看出，以数值计算不收敛作为土坡稳定的评价标准对应的FV1=0.86，既就是安全系数为0.86。
由于该图没有明显的该店所以不能以位移拐点作为评价标准。
观察塑性区的发展，下图绘制出了时刻塑性区，我们可以看出在一开始土坡坡脚先出现屈服，然后向上延伸，直到二级坡的塑性区贯通。
图3 t=0.125的塑性区
图4 t=0.2328的塑性区
从图可以发现滑动面的大致位置，与平衡极限法分析得到的一样，大致呈圆弧状，通过坡脚。
图5 用增量位移判断滑动面4.4理正岩土复核
图6 参数界面
图7 参数界面
图8 参数界面
图9 运行计算界面与结果输出界面
由图可以看出理正岩土计算的的安全系数为0.86，与有限元强度折减法求得的安全系数0.84基本接近，这就说明有限元计算结果的有效性。
5.结论
有限元强度折减法不需要对滑动面的形状和位置进行假定，通过强度折减达到边坡的不稳定状态时，非线性有限元计算不收敛，此时折减系数就是安全系数，同时可得到边坡破坏时的滑动面。
有限元强度折减法相对传统计算方法的优势；能够对具有复杂地貌，地质的边坡计算；考虑了土体非线性弹塑性本构关系，以及变形对应力的影响。