ANSYS在边坡稳定分析中的应用
运用 ANSYS 模拟边坡开挖并计算安全系数
１ ） 以有 限元数值迭代不 收敛作 为边坡 失稳 的标 志 ； ２ ） 以特征 应变从坡脚 到坡 顶贯 通作 为边坡 失稳 的标 志 Ｊ 。本次 分析设 定 计算模 型最终 计算 数值迭代不收敛为边坡失稳依据 。
Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ中能用 于岩 土材料 的只有 Ｄ ． Ｐ模 型 ， Ｄ — Ｐ模 型是 理想
但是无法计算 出安 全系 数。在现 今 的工 程 中 ， 有 限元极 限 随着我 国经济建设 的飞速发展 ， 能源 消耗 严重与 道路交通 运 性广 ， 它既适用 于工业设 计 ， 且 适应性 广 ， 对 输能力不足是 当前 社会 主义建 设面 临的 两大难题 ， 其 中， 水 电站 分析法运用 的越来 越广泛 ，
运用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ模 拟 边 坡 开 挖 并 计 算 安 全 系 数
贾 正
摘
涂 兴 怀
６ １ ０ ０ ３ ９ ）
（ 西华大学能源与环境学院 ， 四川 成都
要： 利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限元强度折减 法 ， 对某边坡开挖施工进行 了模拟 分析 ， 通过计 算两种 开挖坡 率、 三种不 同工况 下对应 的边
的原则吸 收社会资金完成 。
分析评价 ， 进行 了危 险性分 区 ， 并对建设 规划提 出 了要 求 ， 为城市
３ ） 中危险 区（ 较安全 区） ： 主要分布在长寿沟一金 陵河 段滑坡 用地 选择和项 目选址提 供 了依 据 。４） 鉴于北 坡地 质灾 害 以浅层 前后缘和金 陵河一南坡村段古老 滑坡 中部平 台 ， 人员 建筑 密集但 滑塌和崩塌为主 ， 故应改 变北 坡地 质灾 害的整 体 防治思路 ， 应将
Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 有 限元 强度折 减法。 的就是稳定性与安 全性 ， 因为一旦 边坡 失稳就 会产 生严 重后果 ， 本次分析 采用 Ａ
边坡稳定性分析
目录摘要 (IV)Abstract (V)第一章概况 (1)1.1贵阳龙洞堡见龙路住宅小区工程概况 (1)1.2 边坡概况 (1)1.2.1 边坡地段地物环境 (1)1.2.2 边坡形态及岩土构成 (1)1.2.3 边坡安全等级及勘察等级 (2)第二章水文地质条件及工程地质条件 (3)2.1工程地质条件 (3)2.1.1 地形地貌 (3)2.1.2 地质构造 (3)2.1.3 地震 (3)2.1.4 地层岩性 (3)2.1.5 不良地质现象 (5)2.2 水文地质条件 (6)2.2.1 气象条件 (6)2.2.2 水文地质条件 (6)2.2.3 降水及空气情况 (6)第三章稳定性分析 (7)3.1分析依据 (7)3.2定性分析与评价 (7)3.3稳定性评价 (8)3.4有限单元法及ANSYS的实现 .................... 错误！未定义书签。
3.4.1 有限元法 .................................................................................................... 错误！未定义书签。
3.4.2 ANSYS边坡分析........................................................................................ 错误！未定义书签。
3.4.3 ANSYS分析情况........................................................................................ 错误！未定义书签。
3.5 极限平衡法 (10)3.5.1 计算方法介绍 (10)3.5.2 相应计算公式 (10)3.5.3 理正计算图示 (11)3.5.4 理正计算分析 (13)3.5.5 计算结果分析 (19)第四章边坡支护设计 (20)4.1 支护方式综述 (20)4.1.1 锚杆 (20)4.1.2 格构锚固 (21)4.2工程地质条件及评价 (22)4.3 设计基本要求 (22)4.4设计依据 (22)4.5 计算方法及过程 (23)4.6 锚杆支护验算 (27)4.6.1 计算结果 (27)4.6.2 结果分析 (29)4.7支护结构 (29)4.7.1 支护概况 (29)4.7.2 支护方案图 (29)4.8 防水工程 (31)4.8.1 一般规定 (31)4.8.2 排水设计 (32)4.8.3 排水施工要求 (33)4.9其他说明 (34)第五章施工组织方案 (35)5.1施工准备 (35)5.2施工方案 (35)5.2.1 施工程序 (35)5.2.2 施工起点流向 (35)5.3施工方法及施工工艺 (36)5.3.1 坡面喷浆 (36)5.3.2 锚杆施工方法 (37)5.3.3 锚杆施工步骤 (37)5.4安全生产和文明施工措施 (38)5.4.1 安全生产保证措施 (38)5.4.2 施工现场的安全措施 (39)5.4.3 应急措施 (41)第六章结论及建议 (42)6.1结论 (42)6.2存在问题 (43)6.3建议 (43)参考文献 (45)致谢 (54)贵阳市龙洞堡见龙路东侧边坡支护设计摘要贵阳市龙洞堡见龙路东侧边坡开挖坡均在16m以上，为典型的反倾向层状结构岩质与土质混合高边坡，为了确保开挖后边坡的稳定,必须保持边坡岩体（土体）有足够的稳定性,通过对边坡进行稳定性分析及安全系数的计算，设计合理的支护措施并计算支护的合理性，以达到边坡支护设计的最终目的。
露天采场边坡下空区群稳定性分析和治理
露天采场边坡下空区群稳定性分析和治理摘要：为研究某露天矿南部空区对上部边坡的影响，利用Ansys进行数值计算，并采用强度折减法得到边坡安全系数和相应破坏类型，最后提出“采空区顶板崩落+坡脚位移监测”综合治理方案。
研究结果表明：治理前部分空区存在局部应力集中，采用综合治理方案后2#煤层和边坡坡角拉应力分布范围和拉应力值减小，12个月后边坡位移量趋于稳定。
关键词：空区群；边坡稳定；Ansys数值模拟；强度折减法；防治措施随着露天开采计划的推进，可能导致空区上部边坡垮塌或者滑坡，为此需对南部该部分空区群对南部边坡稳定性影响进行研究，以确保矿山安全生产。
空区群对边坡稳定性影响常用的研究方法包括极限平衡理论分析、数值模拟和相似实验，本文基于ansys软件对南部盘曲进行数值模拟计算，并结合强度折减理论对边坡安全系数进行计算，最后根据模拟结果为空区治理提供相应建议。
1建立有限元模型经由CAD to Ansys插件生成命令流，而后更改命令流获得高程点三维坐标，将所得高程点导入Surfer更改不合理高程点，获得矿区地表三维模型导出。
将所得曲面同Bigmap中矿区地形进行比较，并同技术员交流，确认无误后导出修改后的高程点，再导入Rhino生成曲面模型，并根据需求裁剪边界，导出为igs文件格式。
最后利用Ansys软件导入igs文件，生成地表三维曲面模型。
图1 地表三维曲面建模过程2稳定性数值计算及结果分析2.1 模拟结果分析2.1.1 拉应力分析某露天矿南部边坡下2#煤层和5#煤层各采空区拉应力分布图如图2所示，由图2(a)可知，2-3采空区东面围岩转角处存在应力集中现象，而底板受5#煤层和同水平煤层开采的影响，岩体存在一定的拉应力，最大拉应力为0.28MPa；2-1和2-2采空区由于空区面积和跨度较小、采场较为规则，因而应力集中现象相对较弱，采空区稳定性较好。
5-2、5-3和5-4三个采空区转角处应力集中现象较为显著，与2#煤层不同之处在于该煤层所在水平下方无开采扰动，即下层岩体应力重新分布情况不明显，因而5#煤层围岩相较于2#煤层拉应力分布范围减小。
浅谈FLAC 3D、ANSYS建模特点及其应用
处 理方 面则 有着相 当的优势 ， 而且 Ｆ Ａ Ｌ Ｃ软件在模 型建立 以
及 单 元 网格 划 分 等 前 处 理 问题 上 也 存 有 不 足 ， 成 了其 建 模 造 的 不 便 性 ， 要 表 现 为 Ｆ Ａ ３建 模 时 采 用 键 入 数 据 、 令 行 主 Ｌ Ｇ￣ 命 的 方 式 ， 立 复 杂 的地 质 模 型很 困难 ， 如 Ａ Ｓ Ｓ等 有 限 元 建 不 ＮＹ
问题是 ： 为使 本身 不静定 的问题 变为 静定 ， 要做一些假设 。 如
果 这 些 假 设 与 实 际 情 况 不 符 ， 会 得 到不 合 理 的结 果 。与 传 则 统 的极 限平 衡 法 相 比 ， 于 变形 分析 的边 坡 稳 定 性 分 析 方 法 基 具 有 许 多 优 势 ，到 后 来 出 现 用 有 限 元 法 分 析 边 坡 的稳 定 性 。 有 限元 在 解 决 小 变 形 方 面 有 其 优 越 性 ， 通 常 的边 坡 破 坏 为 但 大 变 形 问题 ，有 限 元 在 解 决 大 变 形 方 面 不 十 分 方 便 。 因 此 Ｆ Ａ ３被 工 程 界 广 泛 用 来 分 析 边 坡 的大 变 形 问 题 …。 Ｌ ＧＤ
软 件那 样可 以根据 Ｃ Ｄ、ｕ ｒ Ａ ｓｒ 等软 件根 据数 据直 接建立 模 ｅ
型 ， Ｆ Ａ 建 模 工 作 量 大 ， 以 一 般 采 用 Ａ Ｓ Ｓ建 立 模 且 ＬＣ 所 ＮＹ
型， 再导人 Ｆ Ａ ｍ进 行模 型的计算 。 ＬＣ
Ａ Ｓ Ｓ软 件 主要 包 括 三 个 部 分 ： 处 理 模 块 、 析 计 算 ＮＹ 前 分 模 块 和 后 处 理模 块 。 处 理 模 块 提 供 了一 个 强 大 的 实体 建模 前
第章边坡工程应用实例分析
第4章 ANSYS边坡工程应用实例分析本章重点边坡工程概述 ANSYS边坡稳定性分析步骤ANSYS边坡稳定性实例分析本章典型效果图边坡工程概述边坡工程边坡指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体，是坡面、坡顶及其下部一定深度坡体的总称。
坡面与坡顶面下部至坡脚高程的岩体称为坡体。
倾斜的地面称为斜坡，铁路、公路建筑施工中，所形成的路堤斜坡称为路堤边坡；开挖路堑所形成的斜坡称为路堑边坡；水利、市政或露天煤矿等工程开挖施工所形成的斜坡也称为边坡；这些对应工程就称为边坡工程对边坡工程进行地质分类时，考虑了下述各点。
首先，按其物质组成，即按组成边坡的地层和岩性，可以分为岩质边坡和土质边坡(后者包括黄土边坡、砂土边坡、土石混合边坡)。
地层和岩性是决定边坡工程地质特征的基本因素之一，也是研究区域性边坡稳定问题的主要依据.其次，再按边坡的结构状况进行分类。
因为在岩性相同的条件下，坡体结构是决定边坡稳定状况的主要因素，它直接关系到边坡稳定性的评价和处理方法。
最后，如果边坡已经变形，再按其主要变形形式进行划分。
即边坡类属的称谓顺序是:岩性—结构—变形。
边坡工程对国民经济建设有重要的影响：在铁路、公路与水利建设中，边坡修建是不可避免的，边坡的稳定性严重影响到铁路、公路与水利工程的施工安全、运营安全以及建设成本。
在路堤施工中，在路堤高度一定条件下，坡角越大，路基所占面积就越小，反之越大。
在山区，坡角越大，则路堤所需填方量越少。
因此，很有必要对边坡稳定性进行分析，边坡变形破坏基本原理应力分布状态边坡从其形成开始，就处于各种应力作用(自重应力、构造应力、热应力等)之下。
在边坡的发展变化过程中，由于边坡形态和结构的不断改变以及自然和人为营力的作用，边坡的应力状态也随之调整改变。
根据资料及有限元法计算，应力主要发生以下变化：（1)岩体中的主应力迹线发生明显偏转，边坡坡面附近最大主应力方向和坡而平行，而最小主应力方向则与坡面近于垂直，并开始出现水平方向的剪应力，其总趋势是由内向外增多，愈近坡脚愈高，向坡内逐渐恢复到原始应力状态。
用ANSYS有限元法分析边坡稳定性的思考
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。
基于ANSYS的高速公路边坡失稳及处治实例研究
基于ANSYS的高速公路边坡失稳及处治实例研究潘恒;张乐【摘要】以四川省内某已建成高速公路路堑边坡失稳为研究原型,基于ANSYS建立有限元模型,利用ANSYS数值模拟分析边坡在一般状态和饱和状态(暴雨状态)2种工况下的区别,定性找出失稳的原因:饱和状态下黏性土内摩擦角趋于“0”,土体抗剪强度降低、形成动态水压力、岩土之间摩擦力降低、自重应力增加是失稳最大的因素.针对边坡失稳的原因提出了具体的工程处置措施,并对措施进行了合理性分析.【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(035)004【总页数】6页(P57-61,74)【关键词】边坡失稳;ANSYS;数值模拟;处置措施【作者】潘恒;张乐【作者单位】西华大学建设与管理工程学院,四川成都610039;四川藏区高速公路有限责任公司,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U416边坡稳定性分抗滑移稳定性和抗倾覆稳定性，在边坡稳定性分析中, Bishop 法、Fellenius 法、Janbu 法与Spencer 法等均是以安全系数作为评价标准的定值方法[1-3] 。
安全系数法是主要利用物理参数平均值进行边坡稳定性计算和分析的方法[4-6] 。
安全稳定系数K根据所采用的判定方法而有所不同，但总体分稳定、临界及不稳定3种状态。
边坡中的渗透水压力是影响边坡稳定和变形的重要因素之一,而暴雨是导致边坡失稳破坏的重要诱导因素[7-8] 。
传统的土力学原理并不完全符合现场实际状况。
在水渗透过程中, 渗流和应力是相互影响, 相互作用的过程, 在实际施工中，常常由于对相互耦合等一些特殊因素没考虑到位，不能很完整地描述边坡破坏机制，得到不合理的分析[9-10] ；因此, 要深入地研究公路边坡稳定性问题, 首先得对降雨过程进行正确的分析和模拟。
在工程实际操作中，对很稳定和很不稳定的边坡往往可以通过工程经验和一定的检测手段直接判定，但对处于临界状态附近的边坡目前仍然没有很好的方法进行直接判定。
第章边坡工程应用实例分析
第4章ANSYS边坡工程应用实例分析本章重点边坡工程概述ANSYS 边坡稳定性分析步骤ANSYS边坡稳定性实例分析本章典型效果图边坡工程概述边坡工程边坡指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体，是坡面、坡顶及其下部一定深度坡体的总称。
坡面与坡顶面下部至坡脚高程的岩体称为坡体。
倾斜的地面称为斜坡，铁路、公路建筑施工中，所形成的路堤斜坡称为路堤边坡；开挖路堑所形成的斜坡称为路堑边坡；水利、市政或露天煤矿等工程开挖施工所形成的斜坡也称为边坡；这些对应工程就称为边坡工程对边坡工程进行地质分类时，考虑了下述各点。
首先，按其物质组成，即按组成边坡的地层和岩性，可以分为岩质边坡和土质边坡（后者包括黄土边坡、砂土边坡、土石混合边坡）。
地层和岩性是决定边坡工程地质特征的基本因素之一，也是研究区域性边坡稳定问题的主要依据. 其次，再按边坡的结构状况进行分类。
因为在岩性相同的条件下，坡体结构是决定边坡稳定状况的主要因素，它直接关系到边坡稳定性的评价和处理方法。
最后，如果边坡已经变形，再按其主要变形形式进行划分。
即边坡类属的称谓顺序是: 岩性—结构—变形。
边坡工程对国民经济建设有重要的影响：在铁路、公路与水利建设中，边坡修建是不可避免的，边坡的稳定性严重影响到铁路、公路与水利工程的施工安全、运营安全以及建设成本。
在路堤施工中，在路堤高度一定条件下，坡角越大，路基所占面积就越小，反之越大。
在山区，坡角越大，则路堤所需填方量越少。
因此，很有必要对边坡稳定性进行分析，边坡变形破坏基本原理应力分布状态边坡从其形成开始，就处于各种应力作用(自重应力、构造应力、热应力等) 之下。
在边坡的发展变化过程中，由于边坡形态和结构的不断改变以及自然和人为营力的作用，边坡的应力状态也随之调整改变。
根据资料及有限元法计算，应力主要发生以下变化：(1) 岩体中的主应力迹线发生明显偏转，边坡坡面附近最大主应力方向和坡而平行，而最小主应力方向则与坡面近于垂直，并开始出现水平方向的剪应力，其总趋势是由内向外增多，愈近坡脚愈高，向坡内逐渐恢复到原始应力状态。
边坡的有限元分析及ANSYS软件对边坡开挖的模拟
边坡的有限元分析及ANSYS软件对边坡开挖的模拟
魏海波;吴敏
【期刊名称】《东北水利水电》
【年(卷),期】2004(022)007
【摘要】本文介绍了一种国际上通用的有限元计算程序-ANSYS,详细探讨了ANSYS模拟边坡开挖的方法,并将这一方法运用到某个水电站的稳定性分析中;分别计算出边坡的剖面在天然状态和开挖工况下的应力场和位移场,对计算结果进行了详细的分析,对平面问题的边坡稳定性做出了定性的评价.
【总页数】3页(P18-19,22)
【作者】魏海波;吴敏
【作者单位】广东省水利电力勘察设计研究院,广东,广州,510000;中国航天建筑设计研究院,北京,100071
【正文语种】中文
【中图分类】TV21
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5.ANSYS有限元数值模拟在某开挖高边坡稳定性分析中的应用 [J], 许容;王辉
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基于ANSYS的有限元强度折减法确定边坡安全系数
基于 ANSYS的有限元强度折减法确定边坡安全系数摘要：本文基于ANSYS，采用D-P外角点外接圆屈服准则对国内某矿区边坡进行稳定性计算分析，通过不断对边坡强度参数黏聚力和内摩擦角进行折减，直到软件计算不收敛为止，其折减的倍数即为边坡稳定安全系数。
计算结果显示，利用ANSYS自带D-P本构模型计算得到的边坡安全系数远大于极限平衡法计算得到的边坡安全系数。
最后应用不同屈服准则安全系数的转换关系得到该边坡平面应变下与M-C匹配的D-P准则的安全系数，并与极限平衡法结果对比，吻合较好。
据此得出结论：在估算边坡安全系数方面，采用有限元强度折减法是一种值得信赖的方法，但计算中采用理想弹塑性材料模型时，屈服准则的选择会对边坡安全系数的计算产生较大影响。
关键词：有限元；强度折减；屈服准则；边坡稳定；安全系数1 引言目前，边坡稳定性分析发方法较多，主要有定性分析法（图解法、类比法）、定量分析法（极限平衡法、数值分析法）、非确定分析法（模糊分析评判法、可靠性分析法）。
而对于边坡安全系数，许多学者大多用定量分析法[1-2]。
传统的极限平衡法首先要确定一个潜在的滑动面，基于一系列简化假定后，由力系平衡或能量守恒求得滑动面的安全系数，用它作为评价边坡安全性的指标。
这些方法有瑞典条分法、简化毕肖普法、简布法、不平衡系数传递法等。
这些方法的基本出发点是一样的，即刚塑性假定，不同之处在于对条间力所作的假定不同。
由于这些假定的物理意义不一样，因此它们所能满足的平衡条件也不相同，计算步骤有繁有简，为了检验所列的各方法和其他边坡稳定性分析方法的精确性，许多学者在过去几十年里从不同角度做了大量研究并进行了系统总结[3-7]。
传统的极限平衡法由于没有考虑土体内部应力与应变的关系，故无法模拟分析土体发生变形甚至破坏的过程。
随着计算机技术的发展，数值计算方法在边坡稳定分析中得到了广泛的应用。
其最大的优点是求解安全系数时，不需要假定滑移面的形状和位置，也无需进行条分，可以分析任何形状的几何体，不但能进行线性分析还可进行非线性分析。