基于ANSYS的码头边坡强度折减法稳定分析算例

1.影响边坡稳定性的主要因素

(1)边坡材料力学特性参数：

包括弹性模量、泊松比、摩擦角、粘结力、容重、抗剪强度等参数。

(2)边坡的几何尺寸参数：

包括边坡高度、坡面角和边坡边界尺寸以及坡面后方坡体的几何形状，即坡体的不连续面与开挖面的坡度及方向之间的几何关系，它将确定坡体的各个部分是否滑动或塌落。

(3)边坡外部荷载：

 包括地震力、重力场、渗流场、地质构造地应力等。

2. 强度折减系数

进行边坡稳定性分析计算时，采用强度折减法来实现。首先选取初始折减系数F，然后对边坡土体材料强度系数进行折减，折减后凝聚力以及摩擦角分别见式1-1和式1-2。

土层材料参数

下面开始进行建模，通过点-线-面的方式逐步建立模型。

可在AutoCAD中找出关键点的坐标，然后逐步开始建模，也可以通过在CAD图纸中创建面域，然后输出为sat文件，之后导入到ANSYS中。两种方式皆可。

各区域材料不同颜色显示

采用Plane82单元来模拟，将单元选项设置为平面应变Plane strain.

在ANSYS经典中创建好的几何模型

通过设置划分网格单元尺寸，对上述几何模型进行划分，有限元网格如图所示。

对模型施加边界条件，左右两侧约束法向位移，底部约束UX UY方向自由度。

（一）仅自重下的部分计算结果

静力通用求解，自重下的位移分布矢量云图。

UX方向位移云图

UY方向位移云图

（二）对土体参数进行不同程度的折减，以下为折减系数为1.4时的部分计算结果。

考虑左侧静水压力时的计算荷载示意图。

UX方向位移云图

整体位移云图

X方向应变云图

（三）折减为1.6时，计算求解不收敛，终止退出计算。

边坡ux位移云图

桩体部分的应力分布

目前，判断土坡达到临界破坏的评价标准主要有以下几种：

（1）    以数值计算是否收敛作为评价标准；

（2）    以选取特征点的位移是否发生突变作为评价标准；

（3）    以是否形成连续的塑性贯通区域最为评价标准。

如以上述第1条为判据，当强度折减系数为1.6时，求解不收敛，导致计算终止退出，则认为该边坡的安全系数为1.6.

当然，不能仅仅以此标准作为判据，当我们修改网格密度，修改求解迭代次数和收敛准则，可能还能计算算下去，此时我们要通过多种判别方式来综合确定边坡的抗滑稳定安全系数。类似的文献有很多，感兴趣的各位客官可以自行去下载阅读。

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