【正文】 過命令為模型中的各區(qū)賦予特性：ASEL（選擇模型區(qū)域）MAT （說明材料號）REAL（說明實常數(shù)組號）TYPE（指定單元類型號）ESYS（說明單元坐標系號） 施加約束和荷載在施加邊界條件和荷載時，既可以給實體模型（關鍵點、線、面）也可以給有限元模型（節(jié)點和單元）施加邊界條件和荷載。在求解時，ANSYS程序會自動將加到實體模型上的邊界條件和載荷轉遞到有限元模型上。邊坡穩(wěn)定性分析中，主要是給邊坡兩側和底部施加自由度約束。命令：D施加荷載包括自重荷載以及邊坡開挖荷載。 求解 接著就可以進行求解，ANSYS程序根據現(xiàn)有選項的設置，從數(shù)據庫獲取模型和載荷信息并進行計算求解，將結果數(shù)據寫入到結果文件和數(shù)據庫中。命令：SOLVEGUI：Main MenuSolutionSolve Current LS 后處理 后處理的目的是以圖和表的形式描述計算結果。對于邊坡穩(wěn)定性分析中，進入后處理器后，查看邊坡變形圖和節(jié)點的位移、應力和應變。隨著強度折減系數(shù)的增大，邊坡的水平位移增大，塑性應變急劇發(fā)展，塑性區(qū)發(fā)展形成一個貫通區(qū)域時，計算不收斂，認為邊坡發(fā)生了破壞。通過研究位移、應變和塑性區(qū)域，來綜合判斷邊坡的穩(wěn)定性。命令：／POST1GUI： Main Menu General Postproc 補充說明邊坡的失穩(wěn)破壞定義有很多種，對于采用彈塑性計算模型的邊坡，需要綜合考慮以下因素:（1）把有限元計算的收斂與否作為一個重要的衡量指標，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，計算收斂，邊坡破壞時，邊坡不收斂。（2）邊坡失穩(wěn)的同時還表現(xiàn)出位移急劇增加。 （3）邊坡失穩(wěn)總是伴隨著塑性變形的明顯增加和塑性區(qū)的發(fā)展，塑性區(qū)的發(fā)展狀況反映了邊坡是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。此外，采用彈塑性有限元法進行計算，它具有獨特的優(yōu)勢：(1)彈塑性分析假定巖體為彈塑性材料，巖體在受力初期處于彈性狀態(tài)，達到一定的屈服準則后，處于塑性狀態(tài)。采用彈塑性模型更能反應巖體的實際工作狀態(tài)。(2)巖體所承受的荷載超過材料強度時，就會出現(xiàn)明顯的滑移破壞面。因此，彈塑性計算不需要假定破壞面的形狀和位置，破壞面根據剪應力強度理論自動形成。當整個邊坡破壞時，就會出現(xiàn)明顯的塑性區(qū)。(3 )能綜合考慮邊坡的局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)破壞。 ANSYS邊坡穩(wěn)定性實例分析 實例描述圖42 邊坡模型邊坡實例選取國內某礦，該邊坡考慮彈性和塑性兩種材料，邊坡尺寸如圖42所示。分析目的是對該邊坡進行穩(wěn)定性計算分析，以判斷其穩(wěn)定性和計算出安全系數(shù)，該邊坡圍巖材料屬性見表41。表41 邊坡模型圍巖參數(shù)類別彈性模量/Gpa泊松比容重/內聚力/Mpa摩擦角（。）圍巖2（彈塑性）30250042圍巖1（彈性）312700對于像邊坡這樣縱向很長的實體，計算模型可以簡化為平面應變問題。假定邊坡所承受的外力不隨Z軸變化，位移和應變都發(fā)生在自身平面內。對于邊坡變形和穩(wěn)定性分析，這種平面假設是合理的。實測經驗表明，邊坡的影響范圍在2倍坡高范圍，因此本文計算區(qū)域為邊坡體橫向延伸2倍坡高，縱向延伸3倍坡高。兩側邊界水平位移為零，下側邊界豎向位移為零。彈性有限元的計算模型如圖42所示。采用雙層模型，模型上部為理想彈塑性材料，下部為彈性材料，左右邊界水平位移為零，下邊界豎向位移為零。u 雙層模型考慮土體的彈塑性變形，其塑性區(qū)的發(fā)展，應力的分布更符合實際情況。u 考慮雙層模型，塑性區(qū)下部的單元可以產生一定的垂直變形和水平變形，基本消除了由于邊界效應在邊坡下部出現(xiàn)的塑性區(qū)，更好地模擬了邊坡的變形和塑性區(qū)的發(fā)展。 GUI操作方法 創(chuàng)建物理環(huán)境1) 在【開始】菜單中依次選取【所有程序】/【】/【ANSYS Product Launcher】，得到“ Product Launcher”對話框。2）選中【File Management】，在“Working Directory”欄輸入工作目錄“D:\ansys\example41”，在“Job Name”欄輸入文件名“Slope”。3）單擊“RUN”按鈕。4）過濾圖形界面：Main Menu Preferences，彈出“Preferences for GUI Filtering”對話框，選中“Structural”來對后面的分析進行菜單及相應的圖形界面過濾。5）定義工作標題：Utility Menu File Change Title，在彈出的對話框中輸入“Slope stability Analysis”，單擊“OK”，如圖43。圖43 定義工作標題6）定義單元類型：：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete，彈出一個單元類型對話框，單擊“Add”按鈕。彈出如圖44所示對話框。在該對話框左面滾動欄中選擇“Solid”，在右邊的滾動欄中選擇“Quad 8node 82”，單擊“Apply”，就定義了“PLANE82”單元。圖44 定義PLANE82單元對話框 ：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete，彈出一個單元類型對話框，選中“Type 2 PLANE82”，單擊“Options”按鈕，彈出一個“PLANE82 element Type options”對話框，如圖45所示。在“Element behavior K3”欄后面的下拉菜單中選取“Plane strain”，其它欄后面的下拉菜單采用ANSYS默認設置就可以，單擊“OK”按鈕。圖45 PLANE82單元庫類型選項對話框u 通過設置PLANE82單元選項“K3”為“Plane strain”來設定本實例分析采取平面應變模型進行分析。因為邊坡是縱向很長的實體，故計算模型可以簡化為平面應變問題。u 8節(jié)點PLANE82單元每個節(jié)點有UX和UY兩個自由度，比4節(jié)點PLANE42單元具有更高的精確性，對不規(guī)則網格適應性更強。7）定義材料屬性：Main Menu Preprocessor Material Props Material Models，彈出“Define Material Model Behavior”對話框，如圖46所示。圖 46 定義材料本構模型對話框 在圖46中右邊欄中連續(xù)雙擊“Structural Linear ElasticIsotropic”后，又彈出如圖47所示“Linear Isotropic Properties for Material Number 1”對話框，在該對話框中“EX”后面的輸入欄輸入“3E10”，在“PRXY” 后面的輸入欄輸入“”，單擊“OK”。再在選中“Density”并雙擊，彈出如圖48所示“Density for Material Number 1”對話框，在“DENS”后面的欄中輸入邊坡土體材料的密度“2500”，單擊“OK”按鈕。再次在圖46中右邊的欄中連續(xù)雙擊“StructuralNonlinear InelasticNonmetal plasticitydruckerprager”后，又彈出一個如圖49所示對話框。在“Cohesion”欄添入邊坡圍巖材料1的內聚力“”，在“Fric Angle” 欄添入邊坡內摩擦角“42”，單擊“OK”按鈕。 圖 47 線彈性材料模型對話框 圖 48材料密度輸入對話框圖49 定義邊坡材料1DP模型對話框 ：在圖46對話框中，單擊“Material New Model…”， 彈出一個“Define Material ID”對話框，在“ID”欄后面輸入材料編號“2”，單擊“OK”按鈕。彈出一個定義材料模型對話框對話框，選中“Material Model Number 2”，和定義邊坡圍巖1材料一樣，在右邊的欄中連續(xù)雙擊“Structural Linear ElasticIsotropic”后，又彈出一個“Linear Isotropic Properties for Material Number 2”對話框，在該對話框中“EX”后面的輸入欄輸入“”，在“PRXY” 后面的輸入欄輸入“”，單擊“OK”。再選中“Density”并雙擊，彈出一個“Density for Material Number 2”對話框，在“DENS”后面的欄中輸入隧道圍巖材料的密度“2700”，再單擊“OK”按鈕，彈出一個定義材料模型對話框。 ：在圖46對話框中，用鼠標點擊“Editcopy….”，彈出一個“Copy Material Model”對話框，如圖410所示。在“from Material number”欄后面的下拉菜單中選取“1”，在“TO Material number”欄后面輸入“3”，單擊“Apply”按鈕。又彈出如土410所示對話框，然后依次在“TO Material number”欄后面輸入“4”、“5”、“6”、“7”、“8”“9”、“10”，“11”、“12”、“13”，每輸入一個數(shù)，就單擊“Apply”按鈕一次。圖 410 復制本構模型對話框 最后得到10個復制圍巖1的邊坡材料本構模型，如圖411所示。圖411 定義強度折減后材料模型對話框圖412 定義強度折減系數(shù)F=：首先定義強度折減系數(shù)F=，在圖411對話框中，在鼠標依次雙擊“Material Model Number 3/DrucperPrager”。彈出一個“Drucker Prager Material Number 3”，如圖412所示，在“Cohesion”欄添入強度折減系數(shù)F=“”，在“Fric Angle” 欄添入折減后邊坡內摩擦角“”，單擊“OK”按鈕。用相同方法定義強度折減系數(shù)分別為：F=、F=、F=、F=、F=、F=、F=、F=、F=。u 定義強度折減后本構模型目的是為了分析邊坡穩(wěn)定性。u 強度折減就是降低內聚力和摩擦角，根據式41和式42進行折減。 建立模型和劃分網格1）創(chuàng)建邊坡線模型：Main Menu Preprocessor Modeling CreateKeypointsIn Active CS，彈出“Creae Keypoints in Active Cooedinate System”對話框，如圖413所示。在“NPT keypoint number”欄后面輸入“1”，在“X，Y，Z Location in active CS”欄后面輸入“（0，0，0）”，單擊“Apply”按鈕，這樣就創(chuàng)建了關鍵點1。再依次重復在“NPT keypoint number”欄后面輸入“9”，在對應“X，Y，Z Location in active CS”欄后面輸入“（800，0，0）、（800，800，0）、（800，1200，0）、（1200，1200，0）、（1200，800，0）、（1200，0，0）、（1200，378，0）、（430，378，0），最后單擊“OK”按鈕。圖413在當前坐標系創(chuàng)建關鍵點對話框：Main Menu Preprocessor Modeling CreateLinesStraight line，彈出“Creae straight lines”對話框，用鼠標依次點擊關鍵點2，單擊“Apply”按鈕，這樣就創(chuàng)建了直接L1，同樣分別連接關鍵點“3”，“4”，“5”，“6”，“7”，“4”，“8”，“9”，“1”，“2”，最后單擊“OK”按鈕，就得到邊坡線模型，如圖414所示。圖414 邊坡線模型3）創(chuàng)建邊坡面模型：Utility Menu PlotCtrls Numbering，彈出“Plot Numbering Controls”對話框，如圖415所示。選中“Aares Numbers” 選項，后面的文字由“off”變?yōu)椤皁n”,單擊“OK”關閉窗口。圖415 打開面編號對話框圖416 邊坡面模型：Main Menu Preprocessor Modeling CreateAreas Arbitrary by line，彈出一個“Create Area by lines”對話框，在圖形中選取線LLL3和L11，點擊“Apply ”按鈕，就生成了邊坡彈性材料區(qū)域面積A1；再依次用鼠標在圖形中選取線LLLL和L11，點擊“Apply ”按鈕，就生成了邊坡塑性材料區(qū)域面積A2；再依次用鼠標在圖形中選取線LLL10和L9，點擊“OK ”按鈕，就生成了邊坡開挖掉區(qū)域面積A3。最后得到邊坡模型的面模型，如圖416所示。 4）劃分邊坡圍巖2單元網格 a. .給邊坡圍巖2賦予材料特性：Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool，彈出“MeshTool”對話框，如圖417所示。在“Element Attributes”后面的下拉式選擇欄中選擇“Areas”，按“Set”按鈕，彈出一個“Areas Attributes”面拾取框，在圖形界面上拾取邊坡圍巖2區(qū)域，單擊拾取框上的“OK”按鈕，又彈出一個如圖418所示的“Areas Attributes”對話框，在“Material number”后面的下拉式選擇欄中選取“2”，在“Element type number ” 后面的下拉式選擇欄中選取“2 PLANE82”，單擊“Apply”。 圖417 網格劃分工具欄 圖418定義單元屬性對話框 ：在圖417工具欄中“Size Control”欄，用鼠標點擊“l(fā)ines”