第4章ANSYS边坡工程应用实例分析39918.docx

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1、第4章 ANSYS边坡工程应用实例分析Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.第4章 ANSYS边坡工程应用实例分析本章重点 边坡工程程概述 ANSYYS边坡稳稳定性分析析步骤 ANSYYS边坡稳稳定性实例例分析本章典型效效果图4.1 边边坡工程概概述4.1.11 边坡坡工程边坡指地壳壳表部一切切具有侧向向临空面的的地质体，是是坡面、坡坡顶及其下下部一定深深度坡体的的总称。坡坡面与坡顶顶面下部至至坡脚高程程的岩体称称为坡体。倾斜的地面面称为斜坡坡，铁路、公公路建筑施施工中，所所形成的路路堤斜坡称称

2、为路堤边边坡；开挖挖路堑所形形成的斜坡坡称为路堑堑边坡；水水利、市政政或露天煤煤矿等工程程开挖施工工所形成的的斜坡也称称为边坡；这些对应应工程就称称为边坡工工程对边坡工程程进行地质质分类时，考考虑了下述述各点。首首先，按其其物质组成成，即按组组成边坡的的地层和岩岩性，可以分为为岩质边坡坡和土质边边坡(后者包括括黄土边坡坡、砂土边边坡、土石石混合边坡坡)。地层和和岩性是决决定边坡工工程地质特特征的基本本因素之一一，也是研研究区域性性边坡稳定定问题的主主要依据.其次，再再按边坡的的结构状况况进行分类类。因为在在岩性相同同的条件下下，坡体结结构是决定定边坡稳定定状况的主主要因素，它它直接关系系到边坡

3、稳稳定性的评评价和处理理方法。最最后，如果果边坡已经经变形，再再按其主要要变形形式式进行划分分。即边坡坡类属的称称谓顺序是是:岩性 结构变形。边坡工程对对国民经济济建设有重重要的影响响：在铁路路、公路与与水利建设设中，边坡坡修建是不不可避免的的，边坡的的稳定性严严重影响到到铁路、公公路与水利利工程的施施工安全、运运营安全以以及建设成成本。在路路堤施工中中，在路堤堤高度一定定条件下，坡坡角越大，路路基所占面面积就越小小，反之越越大。在山山区，坡角角越大，则则路堤所需需填方量越越少。因此此，很有必必要对边坡坡稳定性进进行分析，4.1.22 边坡坡变形破坏坏基本原理4.1.22.1 应力分布布状态边

4、坡从其形形成开始，就就处于各种种应力作用用(自重应力力、构造应应力、热应应力等)之下。在边坡的的发展变化化过程中，由由于边坡形形态和结构构的不断改改变以及自自然和人为为营力的作作用，边坡坡的应力状状态也随之之调整改变变。根据资料料及有限元元法计算，应应力主要发发生以下变变化：（1)岩体体中的主应应力迹线发发生明显偏偏转，边坡坡面面附近最大大主应力方方向和坡而而平行，而而最小主应应力方向则则与坡面近近于垂直，并并开始出现现水平方向向的剪应力力，其总趋趋势是由内内向外增多多，愈近坡坡脚愈高，向向坡内逐渐渐恢复到原原始应力状状态。(2) 在在坡脚逐渐渐形成明显显的应力集集中带。边边坡愈陡，应应力集中

5、愈愈严重，最最大最小主主应力的差差值也愈大大。此外，在在边坡下边边分别形成成切向应力力减弱带和和水平应力力紧缩带，而而在靠近边边坡的表部部所测得的的应力值均均大于按上上覆岩体重重量计算的的数值。(3) 边边坡坡面岩岩体由于侧侧向应力近近于零，实实际上变为两向向受力。在在较陡边坡坡的坡面和和顶面，出出现拉应力力，形成拉拉应力带.拉应力带带的分布位位置与边坡坡的形状和和坡面的角角度有关。边边坡 应力的调调整和拉应应力带的出出现，是边边坡变形破破坏最初始始的征兆。例例如，由于于坡脚应力力的集中，常常是坡脚出出现挤压破破碎带的原原因；由于坡面面及坡顶出出现拉应力力带，常是是表层岩体体松动变形形的原因。

6、4.1.22.2 边坡岩体体变形破坏坏基本形式式边坡在复杂杂的内外地地质营力作作用下形成成，又在各各种因素作作用下变化化发展。所所有边坡都都在不断变变形过程中中，通过变变形逐步发发展至破坏坏。其基本变变形破坏形形式主要有有:松弛张裂裂、滑动、崩崩塌、倾倒倒、蠕动和和流动。4.1.33 影响响边坡稳定定性的因案案影响边坡稳稳定性的主主要因素有有:(1)边坡坡材料力学学特性参数数：包括弹性模模量、泊松比比、摩擦角角、粘结力力、容重、抗剪强强度等参数数。(2)边坡坡的几何尺尺寸参数：包括边坡高高度、坡面面角和边坡坡边界尺寸寸以及坡面面后方坡体体的几何形形状，即坡坡体的不连连续面与开开挖面的坡坡度及方

7、向向之间的几几何关系，它它将确定坡坡体的各个个部分是否否滑动或塌塌落。(3)边坡坡外部荷载载： 包括地震震力、重力力场、渗流流场、地质质构造地应应力等。4.1.44 边坡坡稳定性的的分析方法分析边坡稳稳定问题，基基本上可以以分为两种种方法：极限平衡衡方法和数数值分析方方法。4.1.44.1 极限平衡衡方法极限平衡方方法的基本本思想是:以摩尔一一库仑抗剪剪强度理论论为基础，将将滑坡体划划分成若干干垂直条块块，建立作作用在垂直直条块上的的力的平衡衡方程式，求求解安全系系数。这种计算分分析方法遵遵循下列基基本假定: (1)遵循循库仑定律律或由此引引伸的准则则。(2)将滑滑体作为均均质刚性体体考虑，认

8、认为滑体本本身不变形形，且可以以传递应力力。因此只只研究滑动动面上的受受力大小，不不研究滑体体及滑床内内部的应力力状态。(3)将滑滑体的边界界条件大大大简化。如如将复杂的的滑体型态态简化为简简单的几何何型态；将滑面简简化为圆弧弧面、平面面或折面；一般将立立体问题简简化为平面面问题，取取沿滑动方方向的代表表性剖面，以以表征滑体体的基本型型态；将均布力力简化为集集中力，有有时还将力力的作用点点简化为通通过滑体重重心。极限平衡方方法包括以以下几种方方法：(1)瑞典典圆弧滑动动法(2)简化化逼肖普法法(3)简布布普通条分分法(4)摩根根斯坦-普赖斯法法(5)不平平衡推力传传递法以上各种方方法都是假假定

9、土体是是理想塑性性材料，把把土条作为为一个刚体体，按照极极限平衡的的原则进行行力的分析析，最大的不不同之处在在于对相邻邻上条之间间的内力作作何种假定定，也就是是如何增加加已知条件件使超静定定问题变成成静定问题题。这些假假定的物理理意义不一一样，所能能满足的平平衡条件也也不相同，计计算步骤有繁有有简，使用用时必须注注意他们的的适用场合合。极限平衡方方法关键是是对滑体的的休型和滑滑面的形态态进行分析析、正确选用用滑面的计计算参数以以及正确引引用滑体的的荷载条件件等。因为极限平平衡方法完完全不考虑虑土体本身身的应力-应变关系系，不能真实实地反映边边坡失稳时时的应力场场和位移场场，因此而受受到质疑。4

10、.1.44.2 数数值分析方方法数值数值分分析方法考考虑土体应应力应变关关系，克服服了极限平平衡方法完完全不考虑虑土体本身身的应力-应变关系系缺点，为边边坡稳定分分析提供了了较为正确确和深入的的概念。边坡稳定性性数值分析析方法主要要包含以下下几种方法法：(1)有限限元法有限单元法法是数值模模拟方法在在边坡稳定定评价中应应用最早的的方法，也也是目前最最广泛使用用的一种数数值方法，可可以用来求求解弹性、弹弹塑性、粘粘弹塑性、粘粘塑性等问问题。目前前 用有限元元法求解边边坡稳定主主要有两种种方法。a.有限元元滑面搜索索法:将边坡体体离散为有有限单元格格，按照施施加的荷载载及边界条条件进行有有限元计算

11、算可得到每每个结点的的应力张量量。然后假假定一个滑滑动面，用用有限元数数据给出滑滑动面任一一点的向正正应力和剪剪应力，根根据摩尔一一库仑准则则可得该点点的抗滑力力，由此即即能求得滑滑动面上每每个结点的的下滑力与与抗滑力，再再对滑动面面上下滑力力与抗滑力力进行积分分，就可以以求得每一一个滑动面面的安全系系数。b.有限元元强度折减减法:首先选取取初始折减减系数，将将岩土体强强度参数进进行折减，将将折减后的的参数作为为输入，进进行有限元元计算，若若程序收敛敛，则岩土土体仍处于于稳定状态态，然后再再增加折减减系数，直直到程序恰恰好不收敛敛，此时的的折减系数数即为稳定定或安全系系数。(2)自适适应有限元

12、元法自20世纪纪70年代开开始自适应应理论被引引入有限元元计算，主主导思想是是减少前处处理工作量量和实现网网格离散的的客观控制制。现已基基本建立了了一般弹性性力学、流流体动力学学、渗流分分析等领域域的平面自自适应分析析系统，能能使计算较较为快速和和准确。(3)离散散单元法离散单元法法的突出功功能是它在在反映岩块块之间接触触面的滑移移、分离与与倾翻等大大位移的同同时，又能能计算岩块块内部的变变形与应力力分布。因此，任任何一种岩岩体材料都都可引入到到模型中，例例如弹性、粘粘弹性或断断裂等均可可考虑，故故该法对块块状结构、层层状破裂或或一般破裂结结构岩体边边坡比较合合适。并且且，它利用用显式时间间差

13、分法(动态差分分法)求解动力力平衡方程程，求解非非线性大位位移与动力力问题比较较容易。离散元法在在模拟过程程中考虑了了边坡失稳稳破坏的动动态过程，允允许岩土体体存在滑动动、平移、转转动和岩体体的断裂及及松散等复复杂过程，具具有宏观上上的不连续续性和单个个岩块休运运动的随机机性，可以以较真实、动动态地模拟拟边坡在形形成和开挖挖过程中应应力、位移移和状态的的变化，预预测边坡的的稳定性，因因此在岩质质高边坡稳稳定性的研研究中得到到广泛的应应用。(4)拉格格朗日元法法为了克服有有限元等方方法不能求求解大变形形问题的缺缺陷，人们们根据有限限差分法的的原理，提提出了FLAC数值值分析方法法。该方法法较有限

14、元元法能更好好地考虑岩岩土体的不不连续和大大变形特性性，求解速速度较快。缺缺点是计算算边界、单单元网格的的划分带有有很大的随随意性。(5)界面面元法界面元法是是一种基于于累积单元元变形于界界面的界面面应力元法法模型，建建立适用于于分析不连连续、非均均匀、各向向异性和各各类非线性性问题、场场问题，以以及能够完完全模拟各各类锚杆复复杂空间布布局和开挖挖扰动的方方法。4.1.44.3 有有限元法用用于边坡稳稳定性分析析优点 有限元法考考虑了介质质的变形特特征，真实实地反应了了边坡的受受力状态。它它可以模拟拟连续介质质，也可以以模拟不连连续介质；能考虑边边坡沿软弱弱结构面的的破坏，也也能分析边边坡的整

15、体体稳定破坏坏。有限元元法可以模模拟边坡的的圆弧滑动动破坏和非非圆弧滑动动破坏。同同时它还能能适应各种种边界条件件和不规则则几何形状状，具有很很广泛的适适用性。有限元法应应用于边坡坡工程，有有其独特的的优越性。与与一般解析析方法相比比，有限元元法有以下下优点：(1) 它它考虑了岩岩体的应力力-应变关系系，求出每每一单元的的应力与变变形，反映映了岩体真真实工作状状态。(2)与极极限平衡法法相比，不需要进进行条间力力的简化，岩岩体自始至至终处于平平衡状态。(3)不需需要像极限限平衡法一一样事先假假定边坡的的滑动面，边边坡的变形形特性、塑塑性区形成成都根据实实际应力应应变状态“自然”形成。(4)若岩

16、岩体的初始始应力己知知，可以模模拟有构造造应力边坡坡的受力状状态。(5)不但但能像极限限平衡法一一样模拟边边坡的整体体破坏，还还能模拟边边坡的局部部破坏，把把边坡的整整体破坏和和局部破坏坏纳入统一一的体系。(6)可以以模拟边坡坡的开挖过过程，描述述和反应岩岩体中存在在的节理裂裂隙、断层层等构造面面。鉴于有限元元法具有如如此多优点点，本章借借助通用有有限元软件件ANSYYS来实现现对边坡稳稳定性分析析，用具体体的边坡工程实例详详细介绍应应用ANSYSS软件分析析边坡稳定性性问题。4.2 ANSYYS边坡稳稳定性分析析步骤ANSYSS边坡稳定定性分析一一般分以下下几个步骤骤：1、创建物物理环境2、

17、建立模模型，划分分网格，对对模型的不不同区域赋赋予特性3、加边界界条件和载载荷4、求解5、后处理理（查看计计算结果）4.2.11创建物理理环境在定义边坡坡稳定性分分析问题的的物理环境境时，进入入ANSYYS前处理理器，建立立这个边坡坡稳定性分分析的数学学仿真模型型。按照以以下几个步步骤来建立立物理环境境：1、 设置GUTT菜单过滤滤如果你希望望通过GUUI路径来来运行ANNSYS，当当ANSYYS被激活活后第一件件要做的事事情就是选选择菜单路路径：Maain MMenuPrefferennces，执执行上述命命令后，弹弹出一个如如图4-1所示的对对话框出现现后，选择择Struucturral。

18、这这样ANSSYS会根根据你所选选择的参数数来对GUUI图形界界面进行过过滤，选择择Struucturral以便便在进行边边坡稳定性性分析时过过滤掉一些些不必要的的菜单及相相应图形界界面。2、 定义分析标标题（TTITLEE）在进行分析析前，可以以给你所要要进行的分分析起一个个能够代表表所分析内内容的标题题，比如“Sloppe sttabillity Anallysiss”，以便能能够从标题题上与其他他相似物理理几何模型型区别。用用下列方法法定义分析析标题。命令：TTITLEEGUI：UUtility MenuuFilleChhangee Tittle3、 说明单元类类型及其选选项（KEEYO

19、PTT选项）与ANSYYS的其他他分析一样样，也要进进行相应的的单元选择择。ANSSYS软件件提供了1100种以以上的单元元类型，可可以用来模模拟工程中中的各种结结构和材料料，各种不不同的单元元组合在一一起，成为为具体的物物理问题的的抽象模型型。例如，不同材料属性的边坡土体用PLANE82单元来模拟。大多数单元元类型都有有关键选项项（KEYYOPTSS），这些些选项用以以修正单元元特性。例例如，PLLANE882有如下下KEYOOPTS：KEYOPPT(2) 包含或或抑制过大大位移设置置KEYOPPT(3) 平面应力力、轴对称称、平面应应变或考虑虑厚度的平平面应力设设置KEYOPPT(9) 用

20、户子子程序初始始应力设置置设置单元以以及其关键键选项的方方式如下：命令：ETT KKEYOPPTGUI：MMain Menuu Prreproocesssor Elemment Typee Addd/Eddit/DDelette图 4-11 GUII图形界面面过滤4定义单位位结构分析只只有时间单单位、长度度单位和质质量单位三三个基本单单位，则所所有输入的的数据都应应当是这三三个单位组组成的表达达方式。如如标准国际际单位制下下，时间是是秒（s），长长度是米（mm），质量量是千克（kkg），则则导出力的的单位是kkgm/s2（相当于于牛顿N），材材料的弹性性模量单位位是kg/ms2（相当于于帕Pa

21、）。命令：/UUNITSS5、定义材材料属性大多数单元元类型在进进行程序分分析时都需需要指定材材料特性，AANSYSS程序可方方便地定义义各种材料料的特性，如如结构材料料属性参数数、热性能能参数、流流体性能参参数和电磁磁性能参数数等。ANSYSS程序可定定义的材料料特性有以以下三种：（1）线性性或非线性性。（2）各向向同性、正正交异性或或非弹性。（3）随温温度变化或或不随温度度变化。因为分析的的边坡模型型采用理想想弹塑性模模型（D-P模型），因因此边坡稳稳定性分析析中需要定定义边坡中中不同土体体的材料属属性：容重重、弹性模模量、泊松松比、凝聚聚力以及摩摩擦角。命令：MPPGUI：MMain M

22、enuuPreeproccessoorMaateriial PPropssMatteriaal Moodelss 或 MMain MenuuSollutioonLooad SStep OptssOthherCChangge Maat PrropsMateeriall Moddels进行边坡稳稳定性分析析计算时，采采用强度折折减法来实实现。首先先选取初始始折减系数数F，然后后对边坡土土体材料强强度系数进进行折减，折折减后凝聚聚力以及摩摩擦角分别别见式4-1和式44-2。 (4-11) (4-2)u 和为边坡土土体的初始始凝聚力和和摩擦角。u 对和进行行折减，输输入边坡模模型计算，若若收敛，则则此

23、时边坡坡是稳定的的；继续增增大折减系系数F，直直到程序恰恰好不收敛敛，此时的的折减系数数即为稳定定或安全系系数。4.2.22 建立立模型和划划分网格 创建好物理理环境，就就可以建立立模型。在在进行边坡坡稳定性分分析时，需需要建立模模拟边坡土土体的PLLANE882单元。在在建立好的的模型各个个区域内指指定特性（单单元类型、选选项、实常常数和材料料性质等）以以后，就可可以划分有有限元网格格了。通过GUII为模型中中的各区赋赋予特性：1、选择MMainMenuu Prreproocesssor Meshhing Messh Atttribbutess Piickedd Areeas2、点击模模型中

24、要选选定的区域域。3、在对话话框中为所所选定的区区域说明材材料号、实实常数号、单单元类型号号和单元坐坐标系号。4、重复以以上三个步步骤，直至至处理完所所有区域。通过命令为为模型中的的各区赋予予特性：ASEL（选选择模型区区域）MAT （说说明材料号号）REAL（说说明实常数数组号）TYPE（指指定单元类类型号）ESYS（说说明单元坐坐标系号） 4.2.3 施加约束束和荷载在施加边界界条件和荷荷载时，既既可以给实实体模型（关关键点、线线、面）也也可以给有有限元模型型（节点和和单元）施施加边界条条件和荷载载。在求解解时，ANNSYS程程序会自动动将加到实实体模型上上的边界条条件和载荷荷转递到有有限

25、元模型型上。边坡稳定性性分析中，主主要是给边边坡两侧和和底部施加加自由度约约束。命令：D施加荷载包包括自重荷荷载以及边坡开开挖荷载。4.2.44 求解 接接着就可以以进行求解解，ANSSYS程序序根据现有有选项的设设置，从数数据库获取取模型和载载荷信息并并进行计算算求解，将将结果数据据写入到结结果文件和和数据库中中。命令：SOOLVEGUI：MMain MenuuSollutioonSoolve Currrentt LS4.2.55 后处处理 后后处理的目目的是以图图和表的形形式描述计计算结果。对对于边坡稳稳定性分析析中，进入入后处理器器后，查看看边坡变形形图和节点点的位移、应应力和应变变。随

26、着强强度折减系系数的增大大，边坡的的水平位移移增大，塑塑性应变急急剧发展，塑塑性区发展展形成一个个贯通区域域时，计算算不收敛，认认为边坡发发生了破坏坏。通过研研究位移、应应变和塑性性区域，来来综合判断断边坡的稳稳定性。命令：PPOST11GUI： Mainn Menuu Geeneraal Poostprroc4.2.66 补充充说明边坡的失稳稳破坏定义义有很多种种，对于采采用弹塑性性计算模型型的边坡，需需要综合考考虑以下因因素:（1）把有有限元计算算的收敛与与否作为一一个重要的的衡量指标标，边坡处处于稳定状状态，计算算收敛，边边坡破坏时时，边坡不不收敛。（2）边坡坡失稳的同同时还表现现出位移

27、急急剧增加。 （33）边坡失失稳总是伴伴随着塑性性变形的明明显增加和和塑性区的的发展，塑塑性区的发发展状况反反映了边坡坡是否处于于稳定状态态。此外，采用用弹塑性有有限元法进进行计算，它它具有独特特的优势：(1)弹塑塑性分析假假定岩体为为弹塑性材材料，岩体体在受力初初期处于弹弹性状态，达达到一定的的屈服准则则后，处于于塑性状态态。采用弹弹塑性模型型更能反应应岩体的实实际工作状状态。(2)岩体体所承受的的荷载超过过材料强度度时，就会会出现明显显的滑移破破坏面。因因此，弹塑塑性计算不不需要假定定破坏面的的形状和位位置，破坏坏面根据剪剪应力强度度理论自动动形成。当当整个边坡坡破坏时，就就会出现明明显的

28、塑性性区。(3 )能能综合考虑虑边坡的局局部失稳和和整体失稳稳破坏。4.3 AANSYSS边坡稳定定性实例分分析4.3.11 实例描述图4-2 边坡模型型边坡实例选选取国内某某矿，该边边坡考虑弹弹性和塑性性两种材料料，边坡尺尺寸如图44-2所示示。分析目目的是对该该边坡进行行稳定性计计算分析，以以判断其稳稳定性和计计算出安全全系数，该该边坡围岩岩材料属性性见表4-1。表4-1 边坡模型型围岩参数数类别弹性模量/Gpa泊松比容重/内聚力/Mpa摩擦角（。）围岩2（弹弹塑性）300.2525000.942围岩1（弹弹性）310.242700-对于像边坡坡这样纵向向很长的实实体，计算算模型可以以简化

29、为平平面应变问问题。假定定边坡所承承受的外力力不随Z轴变化，位位移和应变变都发生在在自身平面面内。对于于边坡变形形和稳定性性分析，这这种平面假假设是合理理的。实测测经验表明明，边坡的的影响范围围在2倍坡高范范围，因此此本文计算算区域为边边坡体横向向延伸2倍坡高，纵纵向延伸33倍坡高。两两侧边界水水平位移为为零，下侧侧边界竖向向位移为零零。弹性有有限元的计计算模型如如图4-2所示。采用双层模模型，模型型上部为理理想弹塑性性材料，下下部为弹性性材料，左左右边界水水平位移为为零，下边边界竖向位位移为零。u 双层模型考考虑土体的的弹塑性变变形，其塑塑性区的发发展，应力力的分布更更符合实际际情况。u 考

30、虑双层模模型，塑性性区下部的的单元可以以产生一定定的垂直变变形和水平平变形，基基本消除了了由于边界界效应在边边坡下部出出现的塑性性区，更好好地模拟了了边坡的变变形和塑性性区的发展展。4.3.22 GUII操作方法法4.3.22.1 创建物理理环境1) 在【开开始】菜单单中依次选选取【所有有程序】/【ANSSYS100.0】/【ANSSYS PProduuct LLaunccher】，得得到“10.00ANSYYS Prroducct Laaunchher”对话框。2）选中【FFile Manaagemeent】，在在“Workking Direectorry”栏输入工工作目录“D:aansys

31、sexaamplee4-1”，在“Job Namee”栏输入文文件名“Sloppe”。3）单击“RUN”按钮，进进入ANSSYS100.0的GGUI操作作界面。4）过滤图图形界面：Mainn Mennu PPrefeerencces，弹弹出“Prefferennces for GUI Filtterinng”对话框，选选中“Struucturral”来对后面面的分析进进行菜单及及相应的图图形界面过过滤。5）定义工工作标题：Utillity Menuu Fiile Channge TTitlee，在弹出出的对话框框中输入“Sloppe sttabillity Anallysiss”，单击“OK”

32、，如图4-3。图4-3 定义工作作标题6）定义单单元类型：a.定义PPLANEE82单元元：Maiin Meenu Prepproceessorr Ellemennt Tyype Add/Editt/Dellete，弹弹出一个单单元类型对对话框，单单击“Add”按钮。弹出出如图4-4所示对对话框。在在该对话框框左面滚动动栏中选择择“Soliid”，在右边边的滚动栏栏中选择“Quadd 8nodee 82”，单击“Applly”，就定义义了“PLANNE82”单元。图4-4 定义PLLANE882单元对对话框 bb.设定PLLANE882单元选选项：Maain MMenu Preeprocces

33、soor EElemeent TType Addd/Ediit/Deeletee，弹出一一个单元类类型对话框框，选中“Typee 2 PPLANEE82”，单击“Optiions”按钮，弹弹出一个“PLANNE82 elemment Typee opttionss”对话框，如如图4-5所示。在在“Elemment behaaviorr K3”栏后面的的下拉菜单单中选取“Planne sttrainn”，其它栏栏后面的下下拉菜单采采用ANSSYS默认认设置就可可以，单击击“OK”按钮。图4-5 PLAANE822单元库类类型选项对对话框u 通过设置PPLANEE82单元元选项“K3”为“Plan

34、ne sttrainn”来设定本本实例分析析采取平面面应变模型型进行分析析。因为边坡是纵向很长长的实体，故计算模型可以简化为平面应变问题。u 8节点PLLANE882单元每每个节点有有UX和UUY两个自自由度，比比4节点PPLANEE42单元元具有更高高的精确性性，对不规规则网格适适应性更强强。7）定义材材料属性a.定义边边坡围岩1材料属性：Mainn Mennu PPreprrocesssor Matteriaal Prrops Matteriaal Moodelss，弹出“Defiine MMaterrial Modeel Beehaviior”对话框，如如图4-6所示示。图 4-66 定

35、义材材料本构模模型对话框框 在在图4-66中右边栏栏中连续双双击“Struucturral Lineear ElassticIsottropiic”后，又弹弹出如图44-7所示示“Lineear IIsotrropicc Proopertties for Mateeriall Nummber 1”对话框，在在该对话框框中“EX”后面的输输入栏输入入“3E10”，在“PRXYY” 后面的输输入栏输入入“0.25”，单击“OK”。再在选选中“Denssity”并双击，弹弹出如图44-8所示示“Denssity for Mateeriall Nummber 1”对话框，在在“DENSS”后面的栏栏中

36、输入边边坡土体材材料的密度度“2500”，单击“OK”按钮。再次在图44-6中右右边的栏中中连续双击击“StruucturralNNonliinearr IneelastticNNon-mmetall plaasticcitydruccker-pragger”后，又弹弹出一个如如图4-99所示对话话框。在“Coheesionn”栏添入边坡坡围岩材料11的内聚力力“0.9E66”，在“Fricc Anggle” 栏添入边坡坡内摩擦角角“42”，单击“OK”按钮。 图 4-77 线弹性性材料模型型对话框 图 4-8材料密度度输入对话话框图4-9 定义边坡坡材料1DPP模型对话框框 b.定义边坡坡围

37、岩2材料料属性：在在图4-6对话话框中，单单击“Mateeriall Neew Moodel”， 弹出出一个“Defiine MMaterrial ID”对话框，在在“ID”栏后面输输入材料编编号“2”，单击“OK”按钮。弹弹出一个定定义材料模模型对话框框对话框，选选中“Mateeriall Moddel NNumbeer 2”，和定义义边坡围岩岩1材料一一样，在右右边的栏中中连续双击击“Struucturral Lineear ElassticIsottropiic”后，又弹弹出一个“Lineear IIsotrropicc Proopertties for Mateeriall Nummb

38、er 2”对话框，在在该对话框框中“EX”后面的输输入栏输入入“3.2E10”，在“PRXYY” 后面的输输入栏输入入“0.24”，单击“OK”。再选中中“Denssity”并双击，弹弹出一个“Denssity for Mateeriall Nummber 2”对话框，在在“DENSS”后面的栏栏中输入隧隧道围岩材材料的密度度“2700”，再单击击“OK”按钮，弹出出一个定义义材料模型型对话框。 cc.复制边坡围围岩1材料性质质：在图44-6对话话框中，用用鼠标点击击“Edittcoppy.”，弹出一一个“Copyy Matteriaal Moodel”对话框，如如图4-110所示。在在“fr

39、omm Matteriaal nuumberr”栏后面的的下拉菜单单中选取“1”，在“TO MMaterrial numbber”栏后面输输入“3”，单击“Applly”按钮。又弹弹出如土44-10所所示对话框框，然后依依次在“TO MMaterrial numbber”栏后面输输入“4”、“5”、“6”、“7”、“8”“9”、“10”，“11”、“12”、“13”，每输入入一个数，就就单击“Applly”按钮一次次。图 4-110 复制制本构模型型对话框 最最后得到110个复制制围岩1的的边坡材料料本构模型型，如图44-11所所示。图4-111 定义强强度折减后后材料模型型对话框图4-122

40、 定义强强度折减系系数F=11.2时围围岩材料对对话框d.定义110个强度度折减后材材料本构模模型：首先先定义强度度折减系数数F=1.2后边坡坡围岩材料料模型，在在图4-111对话框框中，在鼠鼠标依次双双击“Mateeriall Moddel NNumbeer 3/Druccper-Pragger”。弹出一一个“Druccker- Praager Mateeriall Nummber 3”，如图44-12所所示，在“Coheesionn”栏添入强强度折减系系数F=11.2后边边坡围岩材材料1的内内聚力“0.755E6”，在“Fricc Anggle” 栏添入折折减后边坡坡内摩擦角角“37.77

41、”，单击“OK”按钮。用相同方法法定义强度度折减系数数分别为：F=1.4、F=1.6、FF=1.88、F=22.0、FF=2.22、F=22.4、FF=2.66、F=22.8、FF=3.00的边坡围围岩材料本本构模型。u 定义强度折折减后本构构模型目的的是为了分分析边坡稳稳定性。u 强度折减就就是降低内内聚力和摩摩擦角，根根据式4-1和式44-2进行行折减。4.3.22.2 建立模模型和划分网格格1）创建边边坡线模型型a.输入关关键点：MMain Menuu Prreproocesssor Modeelingg CreeateKeyppointtsInn Acttive CS，弹弹出“Crea

42、ae Keeypoiints in AActivve Coooediinatee Sysstem”对话框，如如图4-113所示。在在“NPT keyppointt nummber”栏后面输输入“1”，在“X，Y，ZZ Loccatioon inn acttive CS”栏后面输输入“（0，00，0）”，单击“Applly”按钮，这这样就创建建了关键点点1。再依依次重复在在“NPT keyppointt nummber”栏后面输输入“2、3、44、5、6、7、8、9”，在对应应“X，Y，ZZ Loccatioon inn acttive CS”栏后面输输入“（-800，0，00）、（-800，-

43、800，0）、（-800，-1200，0）、（1200，-1200，0）、（1200，-800，0）、（1200，0，0）、（1200，378，0）、（430，378，0），最后单击“OK”按钮。图4-133在当前坐坐标系创建建关键点对对话框b.创建边边坡线模型型：Mainn Mennu PPreprrocesssor Moddelinng CreeateLineesSttraigght lline，弹弹出“Creaae sttraigght lliness”对话框，用用鼠标依次次点击关键键点1、22，单击“Applly”按钮，这样样就创建了了直接L1，同样分分别连接关关键点“2、3”，“3、

44、4”，“4、5”，“5、6”，“6、7”，“7、4”，“7、8”，“8、9”，“9、1”，“9、2”，最后单单击“OK”按钮，就就得到边坡坡线模型，如如图4-114所示。图4-144 边坡线线模型3）创建边边坡面模型型a.打开面面编号显示示：Utiilityy Mennu PPlotCCtrlss Nummberiing，弹弹出“Plott Nummberiing CContrrols”对话框，如如图4-115所示。选选中“Aarees Nuumberrs” 选项，后后面的文字字由“off”变为“on”,单击“OK”关闭窗口口。图4-155 打开面面编号对话话框图4-166 边坡面面模型b.创

45、建边边坡面模型型：Maiin Meenu Prepproceessorr Moodeliing CreaateAAreass Arbiitrarry by lline，弹弹出一个“Creaate AArea by lliness”对话框，在在图形中选选取线L44、L5、LL3和L11，点击击“Applly ”按钮，就就生成了边边坡弹性材材料区域面面积A1；再依次用用鼠标在图图形中选取取线L1、LL2、L66、L10、和LL11，点击“Applly ”按钮，就就生成了边边坡塑性材材料区域面面积A2；再依次用用鼠标在图图形中选取取线L7、L8、L110和L99，点击“OK ”按钮，就就生成了边边坡

46、开挖掉掉区域面积积A3。最最后得到边边坡模型的的面模型，如如图4-116所示。 44）划分边坡围围岩2单元元网格 aa. .给边坡围围岩2赋予予材料特性性：Maiin Meenu Prepproceessorr Meeshinng MMeshTTool，弹弹出“MeshhTooll”对话框，如如图4-117所示。在在“Elemment Attrributtes”后面的下下拉式选择择栏中选择择“Areaas”，按“Set”按钮，弹弹出一个“Areaas Atttribbutess”面拾取框框，在图形形界面上拾拾取边坡围围岩2区域域，单击拾拾取框上的的“OK”按钮，又又弹出一个个如图4-18所示的“Areaas Atttribbutess”对话框，在在“Mateeriall nummber”后面的下下拉式选择择栏中选取取“2”，在“Elemment typee nummber ” 后面的下下拉式选择择栏中选取取“2 PLLANE882”，单击“Applly”。 图4-177 网格划划分工具栏栏 图图4-188定义单元元属性对话话框 bb.设置网网格划分