【中秋福利】ANSYS边坡分析基础教程

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     边坡工程受力状态复杂,实际情况属于三维空间问题,但在工程实际问题中,很多情况下简化为二维平面问题进行分析。目前ANSYS对边坡稳定性的分析方法主要通过强度折减法进行实现,所谓强度折减法,是在定义材料属性的时候对土体的摩擦角及粘聚力进行不断的折减,直到边坡失稳,此时的折减系数即为边坡稳定性系数。ANSYS中目前为止适合土体材料本构模型的位D-P材料模型,该材料模型提供材料摩擦角和粘聚力的输入。

    常见输入方式如下:

 /perp7

ff=1.2       !强度折减系数

mp,ex,1,30e6

mp,dens,1,1800

mp,pexy,1,0.35

tb,dp,1

tbdata,1,8e3/ff,25/ff  

     目前,土体破坏的标准有三种主要的判断方法。第一,以有限元静力平衡计算不收敛作为边坡整体失稳的标志;第二,以塑性区(或者等效塑性应变)从坡脚到坡顶贯通作为边坡整体失稳的标志;第三,滑动土体无限移动,并且土体滑移面上应变和位移发生突变且无限发展作为边坡整体失稳的依据。

      本文案例为重庆地区典型高填方现象,某二级城市道路,由高填方组成,填方约24m高,采用三阶形式,放坡比例分别为1:2、1:1.75、1:1.5,在进行高边坡评审时,需对边坡稳定性进行验算,本文采用ANSYS进行模拟计算,其中材料参数为:

       填土:弹模30Mpa,内摩擦角25度,粘聚力8Mpa;

基岩:弹模1200Mpa,内摩擦角32度,粘聚力343Mpa。
模型基本尺寸如下所示:

【中秋福利】ANSYS边坡分析基础教程

模型分析思路:
一、在cad中绘制断面图,并导出为sat格式
二、导入sat格式,材料定义与赋值,划分网格
三、定义约束,施加重力,进行求解。
四、进入后处理,观测塑性应变,确定塑性区是否有贯穿现象,若无贯穿现象,且结构模型收敛,则增大折减系数,继续求解,直至模型不收敛或者塑性区出现贯穿现象,一般折减系数增大规则可选用二分法进行。
由上面步骤可见,其实边坡稳定性分析就是一个不断重复性的操作,本例分析流程如下:
第一步:分析边坡在自然状态下的稳定性,也即FF=1.0的时候,此时等效塑性应变云图如下所示,此时尚未有贯穿现象发生,可判定为在自然状态下稳定。

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第二步:分析边坡在规范限值时候的稳定性,也即FF=1.35的时候(查边坡规范,一级永久边坡稳定性系数为1.35),此时等效塑性应变云图如下所示,此时尚未有贯穿现象发生,可判定边坡此时稳定。

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第三步:继续增大FF值,当FF=1.55时,模型不收敛,取FF=1.54时,模型收敛,此时等效塑性应变云图如下所示,明显有贯穿现象发生,可判定为边坡失稳,故取边坡稳定性系数为1.54。

 

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等效塑性云图

【中秋福利】ANSYS边坡分析基础教程

X方向云图

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Y方向云图

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位移矢量图

 

祝好

ANSYS结构院

2019.9.12

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