【正文】 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443所示。 當(dāng)強(qiáng)度折減系數(shù)F=，求解不收斂，此時求解迭代力和位移不收斂過程如圖436所示。圖428 設(shè)定牛頓拉普森選項(xiàng)：Main MenuPreprocessorLoadsAnalysis TypeSol39。 ：在圖397網(wǎng)格劃分工具欄中單擊“Mesh”按鈕，彈出一個拾取面積對話框，拾取圍巖，單擊拾取框上的“OK”按鈕，生成邊坡圍巖1單元網(wǎng)格。再依次重復(fù)在“NPT keypoint number”欄后面輸入“9”，在對應(yīng)“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。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。 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)巖體所承受的荷載超過材料強(qiáng)度時，就會出現(xiàn)明顯的滑移破壞面。在對話框中為所選定的區(qū)域說明材料號、實(shí)常數(shù)號、單元類型號和單元坐標(biāo)系號。例如，PLANE82有如下KEYOPTS：KEYOPT(2) 包含或抑制過大位移設(shè)置KEYOPT(3) 平面應(yīng)力、軸對稱、平面應(yīng)變或考慮厚度的平面應(yīng)力設(shè)置KEYOPT(9) 用戶子程序初始應(yīng)力設(shè)置設(shè)置單元以及其關(guān)鍵選項(xiàng)的方式如下：命令：ET KEYOPTGUI：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete圖 41 GUI圖形界面過濾4定義單位結(jié)構(gòu)分析只有時間單位、長度單位和質(zhì)量單位三個基本單位，則所有輸入的數(shù)據(jù)都應(yīng)當(dāng)是這三個單位組成的表達(dá)方式。與一般解析方法相比，有限元法有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 它考慮了巖體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，求出每一單元的應(yīng)力與變形，反映了巖體真實(shí)工作狀態(tài)。:首先選取初始折減系數(shù)，將巖土體強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行折減，將折減后的參數(shù)作為輸入，進(jìn)行有限元計算，若程序收斂，則巖土體仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，然后再增加折減系數(shù)，直到程序恰好不收斂，此時的折減系數(shù)即為穩(wěn)定或安全系數(shù)。 邊坡穩(wěn)定性的分析方法分析邊坡穩(wěn)定問題，基本上可以分為兩種方法：極限平衡方法和數(shù)值分析方法。因此，很有必要對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析， 邊坡變形破壞基本原理 應(yīng)力分布狀態(tài)邊坡從其形成開始，就處于各種應(yīng)力作用(自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力、熱應(yīng)力等)之下。地層和巖性是決定邊坡工程地質(zhì)特征的基本因素之一，再按邊坡的結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行分類。例如，由于坡腳應(yīng)力的集中，常是坡腳出現(xiàn)擠壓破碎帶的原因；由于坡面及坡頂出現(xiàn)拉應(yīng)力帶，常是表層巖體松動變形的原因。極限平衡方法關(guān)鍵是對滑體的休型和滑面的形態(tài)進(jìn)行分析、正確選用滑面的計算參數(shù)以及正確引用滑體的荷載條件等。缺點(diǎn)是計算邊界、單元網(wǎng)格的劃分帶有很大的隨意性。這樣ANSYS會根據(jù)你所選擇的參數(shù)來對GUI圖形界面進(jìn)行過濾，選擇Structural以便在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析時過濾掉一些不必要的菜單及相應(yīng)圖形界面。 (41) (42)u 和為邊坡土體的初始凝聚力和摩擦角。隨著強(qiáng)度折減系數(shù)的增大，邊坡的水平位移增大，塑性應(yīng)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(rèn)為邊坡發(fā)生了破壞。對于邊坡變形和穩(wěn)定性分析，這種平面假設(shè)是合理的。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(rèn)設(shè)置就可以，單擊“OK”按鈕。圖411 定義強(qiáng)度折減后材料模型對話框圖412 定義強(qiáng)度折減系數(shù)F=：首先定義強(qiáng)度折減系數(shù)F=，在圖411對話框中，在鼠標(biāo)依次雙擊“Material Model Number 3/DrucperPrager”。彈出一個“Element Sizes on Picked Lines”，對話框，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對話框，在“No of element division”欄后面輸入“26”，單擊“OK”按鈕。圖425 施加重力加速度對話框 這時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。圖431 設(shè)置完力收斂條件對話框圖432 設(shè)置位移收斂條件對話框圖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。選中“Def +undeformed”，單擊“OK”按鈕，得到邊坡變形圖，如圖439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“Resume Database”對話框，選中剛才保存的文件“”，單擊“OK”按鈕。此時。選中“Def +undeformed”，單擊“OK”按鈕，得到邊坡變形圖，如圖463所示。此時，水平位移急劇下降，說明邊坡已經(jīng)破壞。 圖456 F= 7）強(qiáng)度折減系數(shù)F= =：Utility Menu resume…，彈出一個“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448所示。此時。b. 保存求解結(jié)果；Utility Menu File Save as，彈出一個“Save Database”對話框，在“Save Database to”下面輸入欄中輸入文件名“”，單擊“OK”。圖425 指定求解類型對話框： Main MenuPreprocessorLoadsAnalysis TypeSol39。圖 419 設(shè)置網(wǎng)格份數(shù)對話框5）劃分邊坡圍巖1單元網(wǎng)格 圖420 選取線對話框 圖421 設(shè)置網(wǎng)格分?jǐn)?shù)對話框：Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeLayersPicked Lines，彈出一個“Set Layer Controls”對話框，如圖420所示，用鼠標(biāo)選取線LL1和L6單擊“OK”按鈕。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=。因?yàn)檫吰率强v向很長的實(shí)體，故計算模型可以簡化為平面應(yīng)變問題。兩側(cè)邊界水平位移為零，下側(cè)邊界豎向位移為零。命令：／POST1GUI： Main Menu General Postproc 補(bǔ)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(biāo)，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，計算收斂，邊坡破壞時，邊坡不收斂。 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。用下列方法定義分析標(biāo)題。 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)。 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。所有邊坡都在不斷變形過程中，通過變形逐步發(fā)展至破壞。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。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。(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部分是否滑動或塌落。: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)行有限元計算可得到每個結(jié)點(diǎn)的應(yīng)力張量。同時它還能適應(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。例如，不同材料屬性的邊坡土體用PLANE82單元來模擬。通過GUI為模型中的各區(qū)賦予特性：選擇Main此外，采用彈塑性有限元法進(jìn)行計算，它具有獨(dú)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(dá)到一定的屈服準(zhǔn)則后，處于塑性狀態(tài)。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。圖 46 定義材料本構(gòu)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”。 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”對話框，如圖413所示。 b. 給邊坡圍巖1賦予材料特性：Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool，彈出“MeshTool”對話框，如圖417所示。n Controls，彈出一個“Solution Controls”對話框，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”。c. 保存求解結(jié)果；Utility Menu File Save as，彈出一個“Save Database”對話框，在“Save Database to”下面輸入欄中輸入文件名“”，單擊“OK”。 ：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape，彈出一個“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450所示，此時邊坡模型有塑性應(yīng)變，在坡腳處塑性區(qū)向上擴(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458所示。圖465 F= 計算結(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，此時邊坡破壞面近似圓弧型，說明此時邊坡已經(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462所示，此時邊坡模型有塑性應(yīng)變，模型中塑性區(qū)逐漸擴(kuò)大，很快要貫通到坡頂。 ：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape，彈出一個“Plot Deform Shape”對話框。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。因此，主要通過觀察后處理中邊坡塑性應(yīng)變、塑性區(qū)、位移和收斂來判斷邊坡穩(wěn)定性與否。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)置好了求解時力收斂條件。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)。 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”對話框，如圖417