【正文】 c. 顯示邊坡X方向位移云圖：在如圖438對話框中，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464所示。圖454 F=圖455 F=，邊坡X方向位移云圖 ：在如圖438對話框中，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)變云圖，如圖456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。 ：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape，彈出一個(gè)“Plot Deform Shape”對話框。圖437 繪制變形圖對話框438 節(jié)點(diǎn)解云圖繪制對話框 ：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu，彈出一個(gè)“Contour Nodal Solution Data”對話框，如圖438所示，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440所示。2）邊坡在強(qiáng)度折減系數(shù)F=1時(shí)求解：Main MenuSolutionSolveCurrent LS，彈出一個(gè)求解選項(xiàng)信息和一個(gè)當(dāng)前求解載荷步對話框，檢查信息無錯(cuò)誤后，單擊“OK”，開始求解運(yùn)算，直到出現(xiàn)一個(gè)“Solution is done”的提示欄，表示求解結(jié)束。圖425 施加約束和重力荷載后邊坡模型 求解1）求解設(shè)置：Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis，彈出一個(gè)如圖425所示對話框，在“Type of analysis”欄后面選中“Static”，單擊“OK”按鈕。：在圖417網(wǎng)格劃分工具欄中單擊“Mesh”按鈕，彈出一個(gè)拾取面積對話框，拾取面積A1，單擊拾取框上的“OK”按鈕，生成邊坡圍巖2單元網(wǎng)格。彈出一個(gè)“Drucker Prager Material Number 3”，如圖412所示，在“Cohesion”欄添入強(qiáng)度折減系數(shù)F=“”，在“Fric Angle” 欄添入折減后邊坡內(nèi)摩擦角“”，單擊“OK”按鈕。圖45 PLANE82單元庫類型選項(xiàng)對話框u 通過設(shè)置PLANE82單元選項(xiàng)“K3”為“Plane strain”來設(shè)定本實(shí)例分析采取平面應(yīng)變模型進(jìn)行分析。實(shí)測經(jīng)驗(yàn)表明，邊坡的影響范圍在2倍坡高范圍，因此本文計(jì)算區(qū)域?yàn)檫吰麦w橫向延伸2倍坡高，縱向延伸3倍坡高。通過研究位移、應(yīng)變和塑性區(qū)域，來綜合判斷邊坡的穩(wěn)定性。u 對和進(jìn)行折減，輸入邊坡模型計(jì)算，若收斂，則此時(shí)邊坡是穩(wěn)定的；繼續(xù)增大折減系數(shù)F，直到程序恰好不收斂，此時(shí)的折減系數(shù)即為穩(wěn)定或安全系數(shù)。 定義分析標(biāo)題（／TITLE）在進(jìn)行分析前，可以給你所要進(jìn)行的分析起一個(gè)能夠代表所分析內(nèi)容的標(biāo)題，比如“Slope stability Analysis”，以便能夠從標(biāo)題上與其他相似物理幾何模型區(qū)別。(5)界面元法界面元法是一種基于累積單元變形于界面的界面應(yīng)力元法模型，建立適用于分析不連續(xù)、非均勻、各向異性和各類非線性問題、場問題，以及能夠完全模擬各類錨桿復(fù)雜空間布局和開挖擾動(dòng)的方法。因?yàn)闃O限平衡方法完全不考慮土體本身的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，不能真實(shí)地反映邊坡失穩(wěn)時(shí)的應(yīng)力場和位移場，因此而受到質(zhì)疑。 邊坡巖體變形破壞基本形式邊坡在復(fù)雜的內(nèi)外地質(zhì)營力作用下形成，又在各種因素作用下變化發(fā)展。因?yàn)樵趲r性相同的條件下，坡體結(jié)構(gòu)是決定邊坡穩(wěn)定狀況的主要因素，它直接關(guān)系到邊坡穩(wěn)定性的評價(jià)和處理方法。在山區(qū)，坡角越大，則路堤所需填方量越少。(3)邊坡外部荷載： 包括地震力、重力場、滲流場、地質(zhì)構(gòu)造地應(yīng)力等。然后假定一個(gè)滑動(dòng)面，用有限元數(shù)據(jù)給出滑動(dòng)面任一點(diǎn)的向正應(yīng)力和剪應(yīng)力，根據(jù)摩爾一庫侖準(zhǔn)則可得該點(diǎn)的抗滑力，由此即能求得滑動(dòng)面上每個(gè)結(jié)點(diǎn)的下滑力與抗滑力，再對滑動(dòng)面上下滑力與抗滑力進(jìn)行積分，就可以求得每一個(gè)滑動(dòng)面的安全系數(shù)。有限元法應(yīng)用于邊坡工程，有其獨(dú)特的優(yōu)越性。大多數(shù)單元類型都有關(guān)鍵選項(xiàng)（KEYOPTS），這些選項(xiàng)用以修正單元特性。Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked Areas點(diǎn)擊模型中要選定的區(qū)域。采用彈塑性模型更能反應(yīng)巖體的實(shí)際工作狀態(tài)。u 考慮雙層模型，塑性區(qū)下部的單元可以產(chǎn)生一定的垂直變形和水平變形，基本消除了由于邊界效應(yīng)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。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。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(guān)鍵點(diǎn)1。在“Element Attributes”后面的下拉式選擇欄中選擇“Areas”，按“Set”按鈕，彈出一個(gè)“Areas Attributes”面拾取框，在圖形界面上拾取面A2和A3，單擊拾取框上的“OK”按鈕，又彈出一個(gè) “Areas Attributes”對話框，在“Material number”后面的下拉式選擇欄中選取“1”，在“Element type number ” 后面的下拉式選擇欄中選取“2 PLANE82”，單擊“Apply”。圖427 設(shè)置線性搜索對話框 d. 設(shè)定牛頓拉普森選項(xiàng)：Main MenuSolutionAnalysis TypeAnalysis Options，彈出一個(gè)“Static or Steadystatic Analysis”對話框，如圖428所示，在“NewRaphson option”欄后面下拉菜單選中“Full NR”，單擊“OK”按鈕。同理，依次對強(qiáng)度折減系數(shù)F=、F=、F=、F=、F=、F=、F=、F=、F=，直到求解不收斂為止，并保存各次求解結(jié)果：、。選中“Def +undeformed”，單擊“OK”按鈕，得到邊坡變形圖，如圖442所示。 5）強(qiáng)度折減系數(shù)F= =：Utility Menu resume…，彈出一個(gè)“Resume Database”對話框，選中剛才保存的文件“”，單擊“OK”按鈕。此時(shí)。2）從邊坡水平方向位移云圖分析邊坡水平方向位移隨強(qiáng)度折減系數(shù)F的增加而發(fā)生很大波動(dòng)，剛開始，隨F增加，水平位移慢慢增大，當(dāng)F=，邊坡模型的水平位移開始減小，當(dāng)F=，水平方向位移開始急劇下降，當(dāng)F=，表明此時(shí)邊坡已經(jīng)發(fā)生破壞。此時(shí)。圖453 F= 6）強(qiáng)度折減系數(shù)F= =：Utility Menu resume…，彈出一個(gè)“Resume Database”對話框，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445所示。與之同時(shí)，邊坡水平位移也變大。單擊圖429中的“Replace”，彈出一個(gè)“Nonlinear Convergence Criteria”對話框，如圖430所示。彈出圖424所示對話框，在“DOFS to be constrained”欄后面中選取“UX、UY”，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。最后得到邊坡模型的面模型，如圖416所示。 ：在圖46對話框中，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“Editcopy….”，彈出一個(gè)“Copy Material Model”對話框，如圖410所示。圖43 定義工作標(biāo)題6）定義單元類型：：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete，彈出一個(gè)單元類型對話框，單擊“Add”按鈕。分析目的是對該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析，以判斷其穩(wěn)定性和計(jì)算出安全系數(shù)，該邊坡圍巖材料屬性見表41。命令：D施加荷載包括自重荷載以及邊坡開挖荷載。（3）隨溫度變化或不隨溫度變化。(6)可以模擬邊坡的開挖過程，描述和反應(yīng)巖體中存在的節(jié)理裂隙、斷層等構(gòu)造面。并且，它利用顯式時(shí)間差分法(動(dòng)態(tài)差分法)求解動(dòng)力平衡方程，求解非線性大位移與動(dòng)力問題比較容易。(3)將滑體的邊界條件大大簡化。此外，在邊坡下邊分別形成切向應(yīng)力減弱帶和水平應(yīng)力緊縮帶，而在靠近邊坡的表部所測得的應(yīng)力值均大于按上覆巖體重量計(jì)算的數(shù)值。第4章 ANSYS邊坡工程應(yīng)用實(shí)例分析第4章 ANSYS邊坡工程應(yīng)用實(shí)例分析 本章重點(diǎn) 邊坡工程概述 ANSYS邊坡穩(wěn)定性分析步驟 ANSYS邊坡穩(wěn)定性實(shí)例分析本章典型效果圖 邊坡工程概述 邊坡工程邊坡指地殼表部一切具有側(cè)向臨空面的地質(zhì)體，是坡面、坡頂及其下部一定深度坡體的總稱。邊坡愈陡，應(yīng)力集中愈嚴(yán)重，最大最小主應(yīng)力的差值也愈大。因此只研究滑動(dòng)面上的受力大小，不研究滑體及滑床內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)。因此，任何一種巖體材料都可引入到模型中，例如彈性、粘彈性或斷裂等均可考慮，故該法對塊狀結(jié)構(gòu)、層狀破裂或一般破裂結(jié)構(gòu)巖體邊坡比較合適。(5)不但能像極限平衡法一樣模擬邊坡的整體破壞，還能模擬邊坡的局部破壞，把邊坡的整體破壞和局部破壞納入統(tǒng)一的體系。（2）各向同性、正交異性或非彈性。邊坡穩(wěn)定性分析中，主要是給邊坡兩側(cè)和底部施加自由度約束。 ANSYS邊坡穩(wěn)定性實(shí)例分析 實(shí)例描述圖42 邊坡模型邊坡實(shí)例選取國內(nèi)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。5）定義工作標(biāo)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。再選中“Density”并雙擊，彈出一個(gè)“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(gè)定義材料模型對話框。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(gè)“Create Area by lines”對話框，在圖形中選取線LLL3和L11，點(diǎn)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(biāo)在圖形中選取線LLLL和L11，點(diǎn)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(biāo)在圖形中選取線LLL10和L9，點(diǎn)擊“OK ”按鈕，就生成了邊坡開挖掉區(qū)域面積A3。 圖423 給模型兩側(cè)施加位移約束對話框 圖424 給模型底部施加位移約束對話框：執(zhí)行Main MenuSolutionDefine Loads ApplyStructuralDisplacementon Nodes，彈出在節(jié)點(diǎn)上施加位移約束對話框，用鼠標(biāo)選取隧道模型底部邊界上所有節(jié)點(diǎn)，單擊“OK”按鈕。圖429 ANSYS默認(rèn)收斂條件 為了使求解順利進(jìn)行和得到較好解，可以修改默認(rèn)收斂設(shè)置，可以分別設(shè)置力、力矩和位移收斂條件。圖435 F= 求解收斂時(shí)迭代過程圖圖436 F= 后處理 伴隨強(qiáng)度折減系數(shù)的增加，邊坡的塑性應(yīng)變增大，塑性區(qū)也隨之?dāng)U大，當(dāng)塑性區(qū)發(fā)展成一個(gè)貫通區(qū)域，邊坡就不穩(wěn)定，此時(shí)求解也不收斂。 ：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape，彈出一個(gè)“Plot Deform Shape”對話框。：在如圖438對話框中，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)變云圖，如圖453所示，此時(shí)邊坡模型有塑性應(yīng)變，模型中塑性區(qū)擴(kuò)展。 c. 顯示邊坡X方向位移云圖：在如圖438對話框中，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461所示。3）從塑性應(yīng)變云圖分析從邊坡模型的塑性區(qū)云圖看，也隨隨著強(qiáng)度折減系數(shù)F的增加，塑性應(yīng)變從無到逐漸增大，塑性區(qū)也從無到逐漸增大，當(dāng)F=，塑性區(qū)貫通到坡頂，并且此時(shí)解不收斂，表明此時(shí)邊坡已經(jīng)破壞，因此。圖457 F=圖458 F=，邊坡X方向位移云圖 ：在如圖438對話框中，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)變云圖，如圖459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。圖451 F=圖452 F=，邊坡X方向位移云圖 ：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape，彈出一個(gè)“Plot Deform Shape”對話框。 c. 顯示邊坡X方向位移云