邊坡模型的案例
邊坡穩定性分析 附GeoStudio2018幫助文檔邊坡穩定性分析模型SLOPE Modeling下
案例邊坡尺寸如下圖4所示，邊坡只包含一種土體，其重度
，粘聚力
，內摩擦角φ=30°。
整個分析過程中不考慮地下水的影響。
Giam和Donald計算得到的安全系數為1.00。
圖4 邊坡模型
在DeepEX中建立圖4所示邊坡模型時，可以在【修改地表形狀-放坡選項】對話框中設置邊坡參數。各類參數按照圖5輸入即可得到如圖6所示的邊坡模型。
圖5設置邊坡形狀參數
圖6 DeepEX中建立的邊坡模型
建立模型之后，即可在【邊坡】選項中勾選【整體穩定性分析】，然后點擊【選項】按鈕，在彈出的【邊坡穩定性分析選項】對話框中進行分析設置，具體如圖7~8所示。邊坡穩定性分析設置中最核心的操作是確定計算的搜索范圍，包括滑弧圓心以及半徑搜索區域的設置。確定搜索范圍后，DeepEX采用區格搜索法來計算最危險滑動面。區格搜索法是指將搜索區域劃分成小的區格，在每一個區格點計算出一個安全系數，再對所有安全系數進行比較，找出最小安全系數，其所對應的滑動面即為最危險滑動面。該方法的特點是搜索范圍廣，不會陷入局部極小值，適合計算機計算。
由于本案例較為簡單，邊坡分析中主要涉及到邊坡分析中的分析方法、圓弧中心以及半徑搜索三個具體標簽。在【分析方法】中選擇畢肖普法。在【圓弧中心】中可以設置滑動圓弧圓心的搜索區域，為了盡可能得到最小安全系數，可以將搜索范圍確定在一個相對較大的區域內。一般搜索區域水平方向應該覆蓋從坡頂到坡底的范圍，豎直方向應該為3-4倍坡高，對于一些復雜情況的邊坡需要通過多次試算來確定具體的搜索范圍。本例設為從坡底到坡頂的一個30m×40m的矩形區域，具體參數見圖7。在【半徑搜索】中可以利用不同方法設置圓弧半徑的搜索范圍。
展開 『轉貼』三維巖質邊坡模型的建立心得
由于三維邊坡模型比較復雜，所以其模型的建立大都借助其他軟件來實現。仿真分析,有限元,模擬,計算,力學,航空,航天,ANSYS,MSC,ABAQUS,ALGOR,Adina,COMSOL,FEMLAB,Matlab,Fluent
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我這次主要用一個例子（見下圖）來介紹一下在ansys中建立不規則巖質邊坡模型的思路。希望能和各位朋友共同交流，進步。SimWe仿真論壇WoH9Y9R4{ o v M0q6|
對于三維巖質邊坡模型的建立，一般來說有兩種方法xCZ X&o9|;P
1、平面法仿真分析,有限元,模擬,計算,力學,航空,航天,ANSYS,MSC,ABAQUS,ALGOR,Adina,COMSOL,FEMLAB,Matlab,Fluent,CFD,CAE,CAD,CAM9v"iPb^(S
根據地形地質平面圖來建立模型的方法，這種方法建議參考sch版主的surfer與ansys結合的建模方法這種模型一般適合于均質體的模型，另外，對于沉積巖層且不考慮風化卸荷的模型也適用。均質體就不多說了，對于沉積巖層，因其沉積面近似平面，可以在ansys中通過工作平面切割體的方法來把不同的巖層分割為不同的體。（關于曲面切割體我沒有做過，歡迎達人就此問題作出補充）DI?5{C`
2、剖面法
在某些情況下，邊坡上局部區域發育有第四系的堆積體，其與基巖的分界線在平面圖上反映不出來，另外巖體中的風化卸荷面也是一個不規則的曲面，而且一般還包括強卸荷面，弱卸荷面等。這樣只通過平面圖獲取不到足夠的信息，這種情況下就要通過剖面來實現了。我在這里詳細介紹一下剖面法的思
盡量多多學習吧
展開 強度折減系數法在ａｎｓｙｓ中的命令流
繪制邊坡模型變形圖
plnsol,u,x !繪制邊坡模型水平方向位移云圖
plnsol,eppl,eqv !繪制邊坡模型塑性應變云圖
!邊坡在強度折減系數F=1.6時結果分析
Resume,'F1.6','db' !讀入邊坡在強度折減系數F=1.6時
set,1,last !讀入后一個子步
pldisp,1 !繪制邊坡模型變形圖
plnsol,u,x !繪制邊坡模型水平方向位移云圖
plnsol,eppl,eqv !繪制邊坡模型塑性應變云圖
!邊坡在強度折減系數F=1.8時結果分析
Resume,'F1.8','db' !讀入邊坡在強度折減系數F=1.8時
set,1,last !讀入后一個子步
pldisp,1 !繪制邊坡模型變形圖
plnsol,u,x !繪制邊坡模型水平方向位移云圖
plnsol,eppl,eqv !繪制邊坡模型塑性應變云圖
!
展開 ANSYS強度折減法邊坡穩定分析實例
求解不收斂命令提示框
位移云圖
等效塑性應變云圖
強度折減系數F=3.0時計算結果分析
不同折減系數下特征點位移分布圖
結論分析
1）從邊坡模型變形圖分析
從邊坡變形圖看，隨著強度折減系數F的增加，邊坡變形加大，當F=2.28時，解不收斂，從上述等效塑性應變云圖可看出，此時邊坡破壞面近似圓弧型，說明此時邊坡已經不安全，塑性應變已經產生貫通現象，極易引起失穩現象。
2）從邊坡水平方向位移云圖分析
邊坡水平方向位移隨強度折減系數F的增加產生很大波動，剛開始，隨F增加，水平位移慢慢增大，當F=2.4以后，邊坡模型的水平位移開始增加，當F=2.28后，水平方向位移開始急劇下降，當F=2.28時，邊坡模型的水平方向位移達到6.786cm，之后位移發生突變。
3）從塑性應變云圖分析
從邊坡模型的塑性區云圖看，也隨著強度折減系數F的增加，塑性應變從無到逐漸增大，塑性區也從無到逐漸增大，當F=2.28時，塑性區貫通到坡頂，并且此時解不收斂，表明此時邊坡已經破壞，因此，該邊坡的模型的安全系數應該是2.28。
此外，還可以從邊坡垂直方向位移以及關鍵點位移（如坡腳和坡頂）來判斷邊坡穩定性。
展開 
應變軟化模型IMASS邊坡穩定性分析
3 FLAC3D使用IMASS模型
為了調用IMASS模型，FLAC3D使用如下命令：
model config imasszone cmodel assign imass
模型輸入的參數有六個：
(1) 巖石密度;
(2) Hoek-Brown準則中的GSI；
(3) 原巖單軸抗壓強度UCS；
(4) Hoek-Brown準則中的材料常數mi;
(5) 原巖的模量;
(6) 臨界塑性剪應變系數。
zone initialize density 2500zone property in_mod_youngintact 2.5e10zone property in_stren_gsi 45zone property in_stren_mi 15zone property in_stren_ucsi 60e6zone property in_bulking_dil 10zone property in_weak_multecrit 1.0
4 邊坡穩定性分析
使用Hoek-Brown本構模型計算邊坡穩定性，通常需要預定義巖體的損傷，使用擾動因子(D因子)和假設巖體的彈性-完全塑性行為來表示邊坡面由于爆破和應力松弛(可延伸至坡面后30%的邊坡高度)引起的強度減弱。在IMASS中，由于考慮了巖體峰值和后峰值強度包絡線，因此可以模擬巖體發生塑性變形時在這些包絡線之間的應變軟化，這就消除了根據主觀的D因子來預定義坡面的破壞程度。
展開 基于SIMULIA Abaqus的有限元強度折減法
3算例驗證
① 二維邊坡算例
圖1是一均質邊坡有限元模型。假定抗剪強度參數為c = 0.05886 MPa, f = 11.31°, 單位重 g = 19.62 KN/M3，彈模 E = 80 MPa, 泊松比 n = 0.43，材料符合Mohr-Coulomb準則和關聯流動法則。坡高50米，寬165.2米。左右兩邊模型高度分別取200和250米。邊界條件是：兩側法向約束，底部固定。
不調整泊松比和彈性模量，計算得到的強度折減系數為1.368。極限狀態下的等效塑性應變如圖4所示?？梢?em>邊坡以下很深的區域都以發生了塑性變形。
僅調整泊松比，計算得到的強度折減系數為1.368。極限狀態下的等效塑性應變如圖5所示。
調整泊松比和彈性模量，計算得到的強度折減系數為1.368。極限狀態下的等效塑性應變如圖6所示。
圖3 二維邊坡模型
圖4 算例1極限狀態等效塑性應變（不調整E、v）
圖4 算例1極限狀態等效塑性應變（僅調整v）
圖5 算例1極限狀態等效塑性應變（調整v和彈性模量E）
② 三維邊坡算例
圖6所示，一三維凸角邊坡的幾何尺寸，材料參數見表1。底部邊界和x = 0 m與 y = 60的側面邊界固定，在 x = 60 m 與y = 0 的邊界面上法向約束。
不調整泊松比和彈性模量，計算得到的強度折減系數為4.103。極限狀態下的等效塑性應變如圖4所示。幾乎整個邊坡都進入了塑性區。
由于給定的泊松比和摩擦角不滿足不，以下計算將泊松比重新設為0.33。
僅調整泊松比，計算得到的強度折減系數為4.086。極限狀態下的等效塑性應變如圖5所示。
調整泊松比和彈性模量，計算得到的強度折減系數為4.086。極限狀態下的等效塑性應變如圖6所示。
表1.
展開 塊體模型(Block Model)的產生、輸入和轉換
因此這個塊體模型共有25155個塊體。下圖所示的是cost屬性的塊體模型圖，可以使用直方圖統計不同cost的出現頻率，其它屬性的操作方法與之相同。
這個模型不能直接輸入到SLIDE3和PLE中，因為在CSV文件中沒有"Material"列。
3 邊坡模型
下面所示的邊坡模型共有7列，其中x,y,z是塊體中心點的坐標，dx,dy,dz是塊體的邊長，material是材料名稱。
x,y,z,dx,dy,dz,material
按照與上個例子相同的方法導入CSV文件，最關鍵的輸入數值如下所示，這些數值保存在原始的文件頭中，顯式信息"All the centroids in the file match the grid you've defined"，表示數值填寫正確，這個模型共產生3500000個塊體。
產生的塊體模型如下圖所示，由四種材料組成。這個數據文件可以直接輸入到Slide3和PLE中。
在PLE的邊坡穩定性模型中，塊體模型數據與定義的區域、表面和材料體積網格(MVM)一起使用，以定義模型內任意點的材料屬性。當存在多種材料屬性時，優先順序是MVM，然后是塊體模型，最后是材料層。塊狀模型中的任何空隙或空白將被視為由模型體積材料層分配所定義的材料來填補。即使模型中存在塊狀模型，模型體仍必須至少包含一個有定義材料的層。塊狀模型的幾何圖形只在定義了模型體積的地方被考慮。也就是說，位于頂面以上、底面以下或任何區域以外的塊狀模型幾何體將被自動忽略，而不需要用戶手動剪切數據。下圖所示的是在PLE中顯示的塊體模型。
當塊體模型輸入完成后，可以檢查每種材料的體積(Geometry>Block Models..)。
展開 SRMTools---基于微觀力學的巖石邊坡3D模型
1 引言
傳統的巖石邊坡穩定性分析方法通常涉及使用經驗方法來估計巖體的連續強度準則，巖體由大量斷裂的巖石組成，當原巖和不連續都發生屈服時，巖體發生整體破壞。描述巖體的困難在于不可能直接測試大范圍巖石的破壞。因此，經常使用經驗方法來估計巖體強度準則的參數。比如Hoek-Brown準則, 不過這種方法忽略了許多重要的方面，如尺寸效應或局部破壞可能在連接介質中傳播的復雜過程, 例如通過巖橋的斷裂。Cundall, P. A. and B. Damjanac. (2009) 提出了一個新的模型Slope Model 用來克服這種局限. 這個筆記總結了先前的內容, 并在此基礎之上作了進一步解釋.
耦合的網格/離散單元法模擬巖石粘結塊體
巖土邊坡的破壞類型(C3)(Failure types of slope)
離散格點方法(Lattice-Spring Method)
網格-彈簧(Lattice-Spring-Based)方法
邊坡工程---巖體邊坡的破壞模式
屈曲傾倒破壞(flexural toppling failure)
索引文件保存在下面的數據集里:
Lattice-Spring Method.txt
Synthetic Rock Mass.txt
Conventional design methods for rock slopes
Based on Micromechanics
Selected Slope Model Publications
..
展開 使用Geometry建立三維極限平衡邊坡模型
1 引言
三維模型的建立有多種方法，可以使用三維基元來構建，對于形狀規則的三維模型，例如堤壩或路基，也可以通過二維模型拉伸(Extrusion)得到三維模型,例如:
使用Extrusion工具產生非結構化的網格(unstructured Mesh)
Extrusion工具的使用技巧(FLAC3D僅有)
FLAC2D 創建網格Extrusion工具
FLAC3D三維模型的建立---Extrusion工具
然而對于采礦工程邊坡，由于地表形狀不規則以及采礦邊坡特有的幾何特征，不能通過二維模型轉化為三維模型，因此一個更廣泛接受的模型建立方法是輸入外部已經建立的幾何形狀。
geometry import 'surface.dxf'block create brick 500 6500 -500 5500 -1000 3000
Itasca幾何數據交換文件---Geometry Files
建立更真實的數值模型：FLAC3D導入地形圖 (1)
建立更真實的數值模型(2)：FLAC3D與曲面地形的集成
三維模型也可以直接使用表面測量坐標建立，例如在【帶有軟弱夾層(Weak Layer)的三維采礦邊坡穩定性分析(3D Open Pit Analysis)和三維極限平衡巖石邊坡穩定性分析流程(PLE) [兩種地層+一個軟弱滑動面]中，通過輸入地層和邊坡的坐標(xls文件)建立了三維模型。
2 模型建立
一個采礦邊坡由三層材料組成，如下圖所示。第一層是石灰巖，第二層是礦石，第三層是砂巖。
(1) 為了建立三維模型，首先輸入邊坡的表面，這個表面是stl文件，Geometry>Import/Export>Import Geometry...
展開 降雨強度及持時對邊坡穩定性影響研究
大量邊坡失穩工程案例表明，邊坡土體在遭受降雨入滲作用時很容易出現失穩破壞。雨水的滲透會使坡面土體飽和度增加，導致其抗剪能力下降，嚴重影響邊坡穩定性。本文以某水庫邊坡為研究對象，分析降雨強度和持時對邊坡安全系數和變形滲流特征的影響，為降雨條件下邊坡的支護設計方案提供參考。
1 工程概況
某水庫邊坡模型示意圖如圖1所示，坡面前緣長10m, 后緣長20m, 橫向投影23m。邊坡主要巖性為坡積土，由泥巖露頭和早期淺成巖等巖性組成含少量碎石，碎石粒徑在5～15mm之間，含量約30%,坡積土下部為花崗巖基巖，厚約15～25m。斜坡土體的物理和力學參數見表1。根據斜坡幾何尺寸和物理力學參數，利用ABAQUS軟件對對邊坡滲流及穩定性的影響進行分析。
圖1 邊坡模型示意圖
表1 斜坡面土體物理力學參數
2 邊坡降雨入滲數值模擬
2.1 降雨強度對邊坡滲流的影響
在ABAQUS數值模擬中，降雨強度可以表示為單位流量q(m/h)。通過設置降雨邊界條件實現降雨入滲模擬。斜坡前后及地面采用固定約束邊界，以限制邊坡在該方向上的位移。邊坡除邊界位移條件限制外，還需設置孔隙水壓邊界條件。將邊坡前緣孔壓設置為零，降水滲透基底處孔隙水壓不為零，透水界線設置為離坡底位置10米處，其它區域設置為不透水界線。邊坡土體經過雨水的滲透，會逐漸滲入土體內部，導致土體飽和度增加，同時加大了孔隙水壓強。降雨強度為72h, 邊坡不同位置的孔隙水壓分布云圖。如圖2所示。
邊坡孔隙水壓沿深度逐漸減小，坡底處孔壓最高。邊坡最大孔隙水壓受降雨強度影響，降雨強度由5mm/h提高到10、15、20mm/h, 最大孔壓分別提高到107.5、109.7和110.9kPa。隨 著降雨強度的加大，邊坡安全系數在降雨持續72h內逐步降低，見表2。這是因為降雨降低了坡面土體的抗剪強度。
展開 【ANSYS算例】利用強度折減法對邊坡進行穩定分析
繪制邊坡模型變形圖plnsol,u,x !繪制邊坡模型水平方向位移云圖plnsol,eppl,eqv !繪制邊坡模型塑性應變云圖
</pre><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202108/imgs/577386185c604091ba92732822863f60"></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202108/imgs/40cb8fc938144c628a8bacffeb41f193"></p><p> 這里對后處理說明一下，可以改變不同的db文件名，來讀取不同的文件，從而可以看到在不同的安全系數下的不邊坡的狀態。當然如果想看坡頂關鍵點的位移與折減系數的關系曲線，可以在最開始建立一個數組，把每個安全系數最后荷載子步的關鍵點位移放在數組里面，后面直接畫曲線。當然其他的判據需要的數據也可以通過這個操作來完成。這里我就不寫具體的命令流了，難度是不大的。
展開 
基于ANSYS APDL的邊坡穩定性研究
4 加固分析
采用錨桿技術加固邊坡巖體，使其成為一個復合整體，從而增強開挖邊坡的穩定性，改善和提高邊坡內部脆弱巖層的強度。這項技術可以在不利的自然環境下進行，有效保證人員安全，節省人力物力，方便高效。按照設計需求進行加固，加固后對邊坡進行驗證，發現模型應力和塑性應變都符合要求，不會失穩。
在ANSYS中建立開挖邊坡加固模型，單元選擇為LINK180，LINK180單元是有著廣泛工程應用的桿單元，它可以用來模擬桁架、纜索、連桿、彈簧等等；是桿軸方向的拉壓單元，每個節點具有三個自由度：沿節點坐標系X、Y、Z方向的平動；就像鉸接結構一樣，本單元不承受彎矩。輸入材料參數后，劃分網格。
塑性變形主要分布在斷層附近的脆弱巖石處，由于錨桿的加固，塑性區擴展范圍比未加固前的開挖邊坡小很多，并且沒有形成穿透行為。錨桿與塑性區成一定的角度，這樣當巖土滑動時就會受到錨桿阻擋，錨桿進而把承受的力分散到相連的內部堅固巖石內，從而減弱邊坡內部巖石滑動趨勢，增強斷層附近巖土的材料強度，使邊坡更加穩定。
F=1.0，A-A剖面錨桿加固后的邊坡塑性應變分布圖
A-A剖面錨桿加固后的邊坡大主應力等值線圖
5 總結
采用錨桿加固邊坡是加固邊坡巖土的一種非常有效的處理方式。通過錨桿加固不穩定邊坡，并設計好鍥入角度，可以充分發揮錨桿的抗剪作用。本章對開挖后的邊坡進行了錨桿加固處理，并采用有限元折減強度法，對錨桿加固處理后的模型進行邊坡穩定性分析，開挖邊坡的穩定性得到很好的改善，并使其滿足安全性要求。
展開 鉆孔管理器創建邊坡剖面(Borehole Manager)---地層插值
1 引言
在【三維Geometry模型創建方法】中，討論的其中一種方法是使用鉆孔管理器(Materials>Borehole Manager)。當連接鉆孔之間地層時，需要考慮地層的起伏和變化，尤其是處理地層的"尖滅"，巖土工程勘察畫剖面圖時使用的是經驗估計，通常使用1/2或1/4的外推法連接地層，取決于鉆孔之間的距離和地層的變化情況。
本文討論了二維鉆孔管理器創建邊坡剖面的方法，著重強調了地層插值。
2 地層剖面
3D鉆孔管理器共有9種插值方法，2D鉆孔管理器共有3種插值方法。顯然，對于地形復雜或土層性質變化較大的地層來說，不能完全依靠計算機自動生成，在某些情況下推出的模型是錯誤的。為了使用鉆孔管理器，首先需要在Analysis > Project Settings > Soil Profile中進行設置，如下圖所示。
Soil Profile的作用是定義材料邊界，以此作為基礎模板，使用Boundaries > Add External Boundary，在此基礎上使用Boundaries > Add External Boundary產生邊坡模型，也可以在此基礎上手動增加材料邊界Boundaries > Add Material Boundary。
插值方法有三種:
(1) Linear：線性插值的數學假設是Kriging方法，線性插值有明顯的缺點，當地層變化較大而且鉆孔間距較大時，在時間和費用允許的情況下，應當補充鉆孔；
(2) Thin-Plate Spline：樣條插值從數學的意義上比線性插值的推斷更準確，但是地層結構不是嚴格遵循數學理論的。
(3) Inverse Distance：逆向距離插值的假設是相互靠近的事物比相距較遠的事物更相似，根據每個數據點與樣本點的距離來加權。
展開 COMSOL Multiphysics多物理場耦合巖土工程專題線上培訓班
l 如何在Comsol中構建邊坡模型
l 如何輸入塑性參數
l 初始條件、邊界條件設置
l 結果可視化
? 第三講：Comsol中邊坡自重力平衡技術（案例二）
l 為什么要做自重力平衡
l Comsol中如何實現自重力平衡
l 哪些因素影響自重力平衡
l Comsol自重力平衡與Abaqus自重力平衡效果對比
? 第四講：基于強度折減法的邊坡穩定性計算（案例三）
l 邊坡穩定性計算的方法
l 強度折減法的基本原理
l Abaqus中強度折減法的實現
l Comsol中強度折減法的實現
l Comsol強度折減法與Abaqus的對比
l 在Comsol中如何通過強度折減結果確定邊坡穩定系數
? 第五講：降雨條件下邊坡滲流穩定性（案例四）
l 降雨邊坡模型存在的科學問題
l 非飽和滲流理論
l 滲流-應力耦合原理
l Comsol中非飽和滲流-應力耦合的接口選擇
l Comsol中非飽和滲流-應力耦合的方法原理
l Comsol中降雨邊界條件的設置
l 如何平衡初始應力和初始孔壓
l 如何計算降雨對邊坡變形的影響
l 如何計算降雨過程中邊坡穩定系數的變化
? 第六講：庫水位升降條件下土石壩滲流穩定性（案例五）
l 土石壩模型的科學問題
l 在Abaqus中如何實現庫水位升降條件
l
展開 ANSYS地應力平衡方法
進行地應力平衡的原因如下：我們建立的幾何模型一般都和工程實際情況一致，例如邊坡的幾何模型與邊坡實際尺寸相一致。但是由于邊坡的沉降和徐變作用，可以想像到，現在的邊坡應該是由一個體積更大的原始邊坡在很久以前由于受到重力作用和邊界約束條件，逐漸形成了現今的邊坡形態。但是對于那個原始的邊坡形態，我們不得而知。假如能準確知曉，我們就能夠建立原始邊坡的幾何模型，接著對邊坡施加重力和邊界條件，受力后邊坡形態應該和現在的邊坡相一致，其內力就是初始應力場（地應力），這樣就不用專門施加地應力了。但現實情況是我們不能知曉原始邊坡的形態?，F在的邊坡幾何模型就是其實際形態，受力之后將會變成一個與現狀不一致的邊坡，這不符合現在的實際情況。如果我們計算出現今邊坡的內力，并將其作為邊坡的初始應力場，再去和外力平衡，這樣我們建立的模型就和現實邊坡情況相一致了。
對于涉及開挖、回填的動態巖土工程問題，地應力平衡是正確模擬施工過程的前提條件。初始應力的加載必須滿足地應力平衡，而地應力平衡就是為了使地基僅存在初始應力，而不存在初始應變。當地基自重是產生地應力場的主要因素時，重力是外力，初始應力場是內力，將提取出的內力施加于模型后再施加重力，此時內力和外力平衡，該狀態就是工程建設的初始狀態。
在ANSYS中的地應力該怎么平衡呢？
初應力(Initial Stress)可以指定為一種“荷載”進行施加,但僅在靜態分析和全瞬態分析中使用，可以用于線性分析或非線性分析。
展開 