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ANSYS在边坡稳定性分析中的应用 高峰 王佳卿 史晓忠 无锡市政设计研究院有限公司 无锡 214072 摘要：目前，大量铁路、公路、水利、矿山等设施的修建，人类工程活动中边坡工程的规模和复杂程度以及工程造价也相应增大，边坡工程越来越受到学术界和工程界的广泛关注和重视。本文以桃花山盘山公路边坡为研究对象，运用有限元软件ANSYS 选取了一个典型断面对边坡稳定性做了分析，模拟开挖支护前后的稳定情况，并对最终的加固方案进行稳定分析评价。 关键词：边坡稳定性；ANSYS 引言 多年的理论研究和生产实践表明，人们对于滑坡灾害认识的不断深化，是建立在工程地质、岩石力学、土力学等一系列科学分支的不断形成、发展和不断完善基础之上的。而滑坡预报和工程治理又是围绕着确保人身安全和经济建设顺利开展这一中心进行的。因此，边坡稳定性研究与岩土工程的发展有着紧密的联系，边坡的稳定性分析具有重要学术价值和工程实用意义。 边坡稳定性经典分析法与有限单元法 边坡问题作为一个古老的课题，由最初从自然滑坡现象开始认识边坡的稳定性到现在，边坡稳定性分析经历了一个由不成熟到成熟的历史过程。1776年法国工程师库仑提出了库仑土压力的计算方法，而后在1857年，英国学者朗肯提出了朗肯土压力的计算方法。20世纪初期，伴随西方国家的工业化而兴起的大范围的土木工程建设，出现了很多的人工边坡，诱发了大量滑坡和崩塌，带来了巨大的损失。从此，人们开始重视边坡失稳对人类造成的危害，并开始借助用一般材料分析中的工程力学理论对滑坡进行半经验、半理论的研究。 人们早期对边坡稳定性的研究主要是从两个方面进行的，一是借助土力学中极限平衡的概念，由静力平衡条件计算边坡极限状态下的稳定性；二是从边坡所处的地质条件、影响因素和失稳机制上进行对比分析。上世纪50年代，我国学者引进前苏联工程地质学的体系，继承和发展了“地质历史分析”法，将其应用于滑坡的分析和研究中，并着重开展了边坡地质条件的描述和边坡类型的划分。采用工程地质类比法评价边坡稳定性，对边坡稳定性研究起到了推动作用。 目前边坡稳定??析方法很多，最常用的有极限平衡分析方法和数值分析方法。 ANSYS有限元分析软件的主要功能 其主要功能可分为4个部分：实体建模、网格划分、求解模块、后处理模块POST1 和POST26。 工程概况 无锡市桃花山垃圾填埋场盘山公路，位于无锡市滨湖区,设计全长约5公里。现状地形多为山岭丘陵。在劈山建设的施工过程中，使山体形成了多个陡坡， 带来了诸多不安全隐患。 地质概况 无锡市区地层隶属于江南地层区，修水～钱塘江分区，苏州～长兴小区。区内地层自老至新有古生界志留系、泥盆系、石炭系、二叠系，中生界三叠系、侏罗系、白垩系以及新生界第三系和第四系。境内第四纪沉积物覆盖广泛，除泥盆系出露地表并组成境内山体外，其余地层均隐伏于第四系之下。 无锡地区位于扬子准地台下扬子台褶带东侧，无锡地区构造表现为以褶皱为主、断裂次之。地质构造总体组成一背斜，即梅园背斜（亦称马山～惠山背斜）。背斜轴在钱桥～梅园一线，向西南入太湖三山岛、拖山方向。境内断裂构造主要为印支－燕山期断裂：以北西向、北东向为主，其次为北北东向及东西向，断裂性质以逆断层为主、正断层次之，主要活动时期为侏罗纪至白垩纪。对无锡地区影响较大的断裂主要为邻近的湖（州）－苏（州）区域断裂，该断裂自湖州－苏州、过长江崇明岛直至南通吕四，具多期活动性，其最新活动时代在晚第三纪。 新构造运动总的表现：丘陵振荡上升及岛状山体局部抬升，平原区相对持续缓慢下沉。 无锡地区地震活动属强度弱、频率低的地震活动区。据史料记载，近500多年以来、本区共发生地震20余次，强度一般在5-6级，多属震级低、非破坏性的地震，未发生6.0级以上破坏性地震。但周边地区发生的地震本区震感较强，邻近破坏性地震有7次：分别苏州3次、昆山、湖州、江阴、狼山各1次。 计算模型 边坡工程的受力状态复杂，实际受力应该属于空间三维问题，但是在工程实践中，为了简化分析过程，工程人员都将它简化为二维问题来进行分析求解，较多的工程实例表明，使用二维有限元法也能得到令人满意的结果。这样既能达到精度要求又大大减少了三维求解的复杂过程，因此本文也将运用二维分析法对工程实例进行计算分析。本文选取了某个边坡断面分别进行分析。上层为粉土，下层是粉质粘土。为分析问题方便，计算按照理想弹塑性岩土体的平面应变问题处理，采用有限元软件ANSYS 进行模拟分析，有限元模型网格剖分时为了保证计算的精度，在可能滑移面区域和结构面上区域对单元网格进行了局部加密处理。边界条件为左右两侧水平约束，下部固定，上部为自由边界。考虑坡体在自重条件下边坡的演变趋势。 计算参数 计算采用的数值分析方法是有限元法，其中考虑了弹性和弹塑性两种力学模型，弹塑性分析中的屈服条件采