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ANSYS课程作业-边坡稳定性分析


边坡稳定性分析
一、问题描述 边坡围岩分别选择 3 种材料,用强度折减法判断稳定性及安全系数。 二、建模

三、材料参数 单元类型:PLANE82 受力状态:平面应变 Plain strain 边坡模型围岩参数 类别 围岩Ⅰ 围岩Ⅱ 围岩Ⅲ 性质 弹性材料 弹塑性材料 弹塑性材料 E 3.1 ? 10 3.0 ? 10 2.7 ? 10
10 10 10

?
0.24 0.25 0.25 折减模量

?

c 0.9 ? 106 0.7 ? 10
6

φ 42 35

2700 2500 2400

Ⅱ F 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 c 9.00E+05 7.50E+05 6.43E+05 5.63E+05 5.00E+05 4.50E+05 4.09E+05 3.75E+05 3.46E+05 3.21E+05 3.00E+05 φ 42.00 35.00 30.00 26.25 23.33 21.00 19.09 17.50 16.15 15.00 14.00 F 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 c

Ⅲ φ 35.00 29.17 25.00 21.88 19.44 17.50 15.91 14.58 13.46 12.50 11.67 7.00E+05 5.83E+05 5.00E+05 4.38E+05 3.89E+05 3.50E+05 3.18E+05 2.92E+05 2.69E+05 2.50E+05 2.33E+05

四、载荷 1. 位移条件 两侧边约束 X 方向位移,底边约束 X、Y 方向位移。 2. 受力条件 重力 10g/cm2

五、结果分析 1.收敛结果

F=1.8 时不收敛

伴随强度折减系数的增加,边坡的塑性应变增大,塑性区也随之扩大,当塑性区发展成 一个贯通区域, 边坡就不稳定, 此时求解也不收敛。 与此同时, 边坡水平位移也变大。 因此, 主要通过观察后处理中边坡变形图、应力图、塑形区来判断稳定性与否。 2. F=1.0 结果分析

F=1.0 时边坡变形图

F=1.0 时边坡 X 方向位移云图 边坡水平方向最大位移为 99.83mm。

F=1.0 时边坡 X 方向应力云图

F=1.0 时边坡塑性变形云图

此时边坡坡趾处有微小塑性应变,塑性区范围较小。

3. F=1.2 结果分析

F=1.2 时边坡变形图

F=1.2 时边坡 X 方向位移云图 边坡水平方向最大位移为 116.21mm。

F=1.2 时边坡 X 方向应力云图

F=1.2 时边坡塑性变形云图 边坡塑性区进一步扩大,在边坡右侧边界出现塑性区。

4.F=1.4

F=1.4 时边坡变形图

F=1.4 时边坡 X 方向位移云图 边坡水平位移最大为 124.189mm

F=1.4 时边坡 X 方向应力云图

F=1.4 时边坡塑性变形云图

模型中塑形区发展,坡趾处塑性区进一步扩大。

5.F=1.6

F=1.6 时边坡变形图

F=1.6 时边坡 X 方向位移云图 水平位移下降为 105.874,说明边坡开始破坏。

F=1.6 时边坡 X 方向应力云图

F=1.6 时边坡塑性变形图

坡趾处明显塑性变形进一步向坡顶扩大。

6.F=1.8

F=1.8 时边坡变形图

F=1.8 时边坡 X 方向位移云图 水平位移急剧下降为 68.264mm,说明边坡已破坏。

F=1.8 时边坡 X 方向应力云图

F=1.8 时边坡塑性变形图 塑形区贯穿到坡顶,破坏。 7.总结 1)从边坡模型变形图分析,随着强度折减系数的增加,边坡变形加大,当 F=1.8 时,解 不收敛,此时边坡破坏面近似圆弧形,说明此时边坡已经不安全。 2)从边坡水平方向位移云图分析,随着强度折减系数的增加,水平位移波动很大,刚开 始水平位移慢慢增大,当 F=1.6 之后,边坡模型的水平位移减小。 3) 从塑性应变云图分析, 塑性应变逐渐增大, 坡趾处应变最大。 边坡安全系数可以取 1.6。


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