【正文】 圖465 F= 計(jì)算結(jié)果分析 1）從邊坡模型變形圖分析從邊坡變形圖看，隨著強(qiáng)度折減系數(shù)F的增加，邊坡變形加大，當(dāng)F=，解不收斂，從圖463的變形圖可看出，此時(shí)邊坡破壞面近似圓弧型，說(shuō)明此時(shí)邊坡已經(jīng)不安全。圖460 F=圖461 F=，邊坡X方向位移云圖 ：在如圖438對(duì)話框中，用鼠標(biāo)依次點(diǎn)擊“Nodal Solution/Plastic Strain/ Von Mises plastic”，再單擊“OK”按鈕，就得到邊坡塑性應(yīng)變?cè)茍D，如圖462所示，此時(shí)邊坡模型有塑性應(yīng)變，模型中塑性區(qū)逐漸擴(kuò)大，很快要貫通到坡頂。 c. 顯示邊坡X方向位移云圖：在如圖438對(duì)話框中，用鼠標(biāo)依次點(diǎn)擊“Nodal Solution/DOF Solution/ XCompoment of displacement”，再單擊“OK”按鈕，就得到邊坡X方向位移云圖，如圖458所示。 ：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape，彈出一個(gè)“Plot Deform Shape”對(duì)話框。 ：在如圖438對(duì)話框中，用鼠標(biāo)依次點(diǎn)擊“Nodal Solution/Plastic Strain/ Von Mises plastic”，再單擊“OK”按鈕，就得到邊坡塑性應(yīng)變?cè)茍D，如圖450所示，此時(shí)邊坡模型有塑性應(yīng)變，在坡腳處塑性區(qū)向上擴(kuò)展。圖445 F=圖446 F=，邊坡X方向位移云圖 c. 顯示邊坡X方向位移云圖：在如圖438對(duì)話框中，用鼠標(biāo)依次點(diǎn)擊“Nodal Solution/DOF Solution/ XCompoment of displacement”，再單擊“OK”按鈕，就得到邊坡X方向位移云圖，如圖446所示。 ：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape，彈出一個(gè)“Plot Deform Shape”對(duì)話框。因此，主要通過(guò)觀察后處理中邊坡塑性應(yīng)變、塑性區(qū)、位移和收斂來(lái)判斷邊坡穩(wěn)定性與否。c. 保存求解結(jié)果；Utility Menu File Save as，彈出一個(gè)“Save Database”對(duì)話框，在“Save Database to”下面輸入欄中輸入文件名“”，單擊“OK”。在“Lab Convergence based on”欄后面第一欄中選中“Structural”，第二欄中選中“Force F”；在“TOLER Tolerance about value”欄后面輸入“”；在“NORM Convergence norm”欄后面下拉菜單選中“L2 norm”；在“MNREF Minimum reference value”后面欄中輸入“”，單擊“OK”按鈕，這就設(shè)置好了求解時(shí)力收斂條件。n Controls，彈出一個(gè)“Solution Controls”對(duì)話框，用鼠標(biāo)單擊“Nonlinear”選項(xiàng)，如圖427所示，在“Line search”欄后面下拉菜單選中“ON”，單擊“OK”。u 節(jié)點(diǎn)選擇，可以先選擇節(jié)點(diǎn)上線，再選擇附在線上的節(jié)點(diǎn)。 b. 給邊坡圍巖1賦予材料特性：Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool，彈出“MeshTool”對(duì)話框，如圖417所示。 4）劃分邊坡圍巖2單元網(wǎng)格 a. .給邊坡圍巖2賦予材料特性：Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool，彈出“MeshTool”對(duì)話框，如圖417所示。 建立模型和劃分網(wǎng)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(duì)話框，如圖413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。圖 46 定義材料本構(gòu)模型對(duì)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(duì)話框，在該對(duì)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”。彈出如圖44所示對(duì)話框。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(yīng)力的分布更符合實(shí)際情況。表41 邊坡模型圍巖參數(shù)類(lèi)別彈性模量/Gpa泊松比容重/內(nèi)聚力/Mpa摩擦角（。此外，采用彈塑性有限元法進(jìn)行計(jì)算，它具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：(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(dá)到一定的屈服準(zhǔn)則后，處于塑性狀態(tài)。 求解 接著就可以進(jìn)行求解，ANSYS程序根據(jù)現(xiàn)有選項(xiàng)的設(shè)置，從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取模型和載荷信息并進(jìn)行計(jì)算求解，將結(jié)果數(shù)據(jù)寫(xiě)入到結(jié)果文件和數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)GUI為模型中的各區(qū)賦予特性：選擇Main因?yàn)榉治龅倪吰履Ｐ筒捎美硐霃椝苄阅Ｐ停―P模型），因此邊坡穩(wěn)定性分析中需要定義邊坡中不同土體的材料屬性：容重、彈性模量、泊松比、凝聚力以及摩擦角。例如，不同材料屬性的邊坡土體用PLANE82單元來(lái)模擬。鑒于有限元法具有如此多優(yōu)點(diǎn)，本章借助通用有限元軟件ANSYS來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡穩(wěn)定性分析，用具體的邊坡工程實(shí)例詳細(xì)介紹應(yīng)用ANSYS軟件分析邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題。同時(shí)它還能適應(yīng)各種邊界條件和不規(guī)則幾何形狀，具有很廣泛的適用性。離散元法在模擬過(guò)程中考慮了邊坡失穩(wěn)破壞的動(dòng)態(tài)過(guò)程，允許巖土體存在滑動(dòng)、平移、轉(zhuǎn)動(dòng)和巖體的斷裂及松散等復(fù)雜過(guò)程，具有宏觀上的不連續(xù)性和單個(gè)巖塊休運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性，可以較真實(shí)、動(dòng)態(tài)地模擬邊坡在形成和開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)力、位移和狀態(tài)的變化，預(yù)測(cè)邊坡的穩(wěn)定性，因此在巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性的研究中得到廣泛的應(yīng)用。:將邊坡體離散為有限單元格，按照施加的荷載及邊界條件進(jìn)行有限元計(jì)算可得到每個(gè)結(jié)點(diǎn)的應(yīng)力張量。如將復(fù)雜的滑體型態(tài)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的幾何型態(tài)；將滑面簡(jiǎn)化為圓弧面、平面或折面；一般將立體問(wèn)題簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題，取沿滑動(dòng)方向的代表性剖面，以表征滑體的基本型態(tài)；將均布力簡(jiǎn)化為集中力，有時(shí)還將力的作用點(diǎn)簡(jiǎn)化為通過(guò)滑體重心。(2)邊坡的幾何尺寸參數(shù)：包括邊坡高度、坡面角和邊坡邊界尺寸以及坡面后方坡體的幾何形狀，即坡體的不連續(xù)面與開(kāi)挖面的坡度及方向之間的幾何關(guān)系，它將確定坡體的各個(gè)部分是否滑動(dòng)或塌落。(3) 邊坡坡面巖體由于側(cè)向應(yīng)力近于零，實(shí)際上變?yōu)閮上蚴芰?。在路堤施工中，在路堤高度一定條件下，坡角越大，路基所占面積就越小，反之越大。坡面與坡頂面下部至坡腳高程的巖體稱(chēng)為坡體。最后，如果邊坡已經(jīng)變形，再按其主要變形形式進(jìn)行劃分。(2) 在坡腳逐漸形成明顯的應(yīng)力集中帶。所有邊坡都在不斷變形過(guò)程中，通過(guò)變形逐步發(fā)展至破壞。(2)將滑體作為均質(zhì)剛性體考慮，認(rèn)為滑體本身不變形，且可以傳遞應(yīng)力。 數(shù)值分析方法數(shù)值數(shù)值分析方法考慮土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，克服了極限平衡方法完全不考慮土體本身的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系缺點(diǎn)，為邊坡穩(wěn)定分析提供了較為正確和深入的概念。(3)離散單元法離散單元法的突出功能是它在反映巖塊之間接觸面的滑移、分離與傾翻等大位移的同時(shí)，又能計(jì)算巖塊內(nèi)部的變形與應(yīng)力分布。 有限元法用于邊坡穩(wěn)定性分析優(yōu)點(diǎn) 有限元法考慮了介質(zhì)的變形特征，真實(shí)地反應(yīng)了邊坡的受力狀態(tài)。(4)若巖體的初始應(yīng)力己知，可以模擬有構(gòu)造應(yīng)力邊坡的受力狀態(tài)。用下列方法定義分析標(biāo)題。ANSYS程序可定義的材料特性有以下三種：（1）線性或非線性。 建立模型和劃分網(wǎng)格 創(chuàng)建好物理環(huán)境，就可以建立模型。在求解時(shí)，ANSYS程序會(huì)自動(dòng)將加到實(shí)體模型上的邊界條件和載荷轉(zhuǎn)遞到有限元模型上。命令：／POST1GUI： Main Menu General Postproc 補(bǔ)充說(shuō)明邊坡的失穩(wěn)破壞定義有很多種，對(duì)于采用彈塑性計(jì)算模型的邊坡，需要綜合考慮以下因素:（1）把有限元計(jì)算的收斂與否作為一個(gè)重要的衡量指標(biāo)，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，計(jì)算收斂，邊坡破壞時(shí)，邊坡不收斂。(3 )能綜合考慮邊坡的局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)破壞。兩側(cè)邊界水平位移為零，下側(cè)邊界豎向位移為零。4）過(guò)濾圖形界面：Main Menu Preferences，彈出“Preferences for GUI Filtering”對(duì)話框，選中“Structural”來(lái)對(duì)后面的分析進(jìn)行菜單及相應(yīng)的圖形界面過(guò)濾。因?yàn)檫吰率强v向很長(zhǎng)的實(shí)體，故計(jì)算模型可以簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問(wèn)題。彈出一個(gè)定義材料模型對(duì)話框?qū)υ捒?，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(gè)“Linear Isotropic Properties for Material Number 2”對(duì)話框，在該對(duì)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”。用相同方法定義強(qiáng)度折減系數(shù)分別為：F=、F=、F=、F=、F=、F=、F=、F=、F=。選中“Aares Numbers” 選項(xiàng)，后面的文字由“off”變?yōu)椤皁n”,單擊“OK”關(guān)閉窗口。圖 419 設(shè)置網(wǎng)格份數(shù)對(duì)話框5）劃分邊坡圍巖1單元網(wǎng)格 圖420 選取線對(duì)話框 圖421 設(shè)置網(wǎng)格分?jǐn)?shù)對(duì)話框：Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeLayersPicked Lines，彈出一個(gè)“Set Layer Controls”對(duì)話框，如圖420所示，用鼠標(biāo)選取線LL1和L6單擊“OK”按鈕。彈出“Apply U,ROT on Nodes”對(duì)話框，如圖423所示，在“DOFS to be constrained”欄后面中選取“UX”，在“Apply as”欄后面的下拉菜單中選取“Constant value”，在“Displacement value”欄后面輸入“0”值，然后單擊“OK”按鈕。圖425 指定求解類(lèi)型對(duì)話框： Main MenuPreprocessorLoadsAnalysis TypeSol39。圖中顯示ANSYS默認(rèn)的收斂條件：分別設(shè)置了力和力矩的收斂條件。b. 保存求解結(jié)果；Utility Menu File Save as，彈出一個(gè)“Save Database”對(duì)話框，在“Save Database to”下面輸入欄中輸入文件名“”，單擊“OK”。u 求解不收斂是判斷邊坡不穩(wěn)定的一個(gè)準(zhǔn)則。此時(shí)。 3）強(qiáng)度折減系數(shù)F= =：Utility Menu resume…，彈出一個(gè)“Resume Database”對(duì)話框，選中剛才保存的文件“”，單擊“OK”按鈕。選中“Def +undeformed”，單擊“OK”按鈕，得到邊坡變形圖，如圖448所示。此時(shí)。 圖456 F= 7）強(qiáng)度折減系數(shù)F= =：Utility Menu resume…，彈出一個(gè)“Resume Database”對(duì)話框，選中剛才保存的文件“”，單擊“OK”按鈕。選中“Def +undeformed”，單擊“OK”按鈕，得到邊坡變形圖，如圖460所示。此時(shí)，水平位移急劇下降，說(shuō)明邊坡已經(jīng)破壞。此外，還可以從邊坡垂直方向位移以及關(guān)鍵點(diǎn)位移（如坡腳和坡頂）來(lái)判斷邊坡穩(wěn)定性。選中“Def +undeformed”，單擊“OK”按鈕，得到邊坡變形圖，如圖463所示。 圖459 F=8）強(qiáng)度折減系數(shù)F= =：Utility Menu resume…，彈出一個(gè)“Resume Database”對(duì)話框，選中剛才保存的文件“”，單擊“OK”按鈕。此時(shí)。選中“Def +undeformed”，單擊“OK”按鈕，得到邊坡變形圖，如圖451所示。圖447 F=圖448 F= 4）強(qiáng)度折減系數(shù)F= =：Utility Menu resume…，彈出一個(gè)“Resume Database”對(duì)話框，選中剛才保存的文件“”，單擊“OK”按鈕。此時(shí)。選中“Def +undeformed”，單擊“OK”按鈕，得到邊坡變形圖，如圖439所示。u 邊坡穩(wěn)定性有限元分析一般采用強(qiáng)度折減方法來(lái)求得邊坡安全系數(shù)。圖431 設(shè)置完力收斂條件對(duì)話框圖432 設(shè)置位移收斂條件對(duì)話框圖433 設(shè)置好求解收斂條件 最后得到設(shè)置好求解收斂條件，如圖433所示。n ControlsBasic，得到圖426所示對(duì)話框，在“Analysis Options”欄后面下拉菜單選中大位移“Large Displacement static”，單擊“OK”按鈕。圖425 施加重力加速度對(duì)話框 這時(shí)就可以得到施加約束和重力加速度后隧道有限元模型，如圖425所示。最后得到邊坡模型單元網(wǎng)格，如圖422所示。彈出一個(gè)“Element Sizes on Picked Lines”，對(duì)話框，如圖419所示，在“No of element division”欄后面輸入“5”，單擊“Apply”按鈕，再選擇線L4和L11，又彈出圖419對(duì)話框，在“No of element division”欄后面輸入“26”，單擊“OK”按鈕。圖413在當(dāng)前坐標(biāo)系創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)話框：Main M