斜交断层作用下边坡稳定性ANSYS研究

1、斜交断层作用下边坡稳定性ansys研究摘 要：基于drucker-prager (d-p)屈服准则， 借助ansys分析软件，采用力和位移的收敛标准作为破坏判 据，研究某露天矿f3断层对边坡稳定性的影响，进行边坡 应力应变有限元分析，分析结果表明随着剥采工程逐渐向北 发展，端帮边坡与f3断层间距离逐渐减小，f3断层对边坡 的影响越来越大，边坡稳定性也逐渐降低。关键词：ansys；有限元；边坡；f3断层边坡稳定性分析是岩土工程中的重要研究课题，在土木 工程、水利工程中都具有广泛的应用。因此，如何做好边坡 变形破坏的预测预报工作是十分必要的。最基本、最重要是 要做好边坡的稳定性分析，以便为将来的边

2、坡设计、施工、 除险加固做指导工作。目前国内外对边坡稳定性的定量确定性分析方法主要 是极限平衡法和数值分析法。本文基于大型ansys有限元软件，采用d-p屈服准则, 将岩质边坡概化为均质的岩土体，通过对岩土体的抗剪强度 进行局部折减，研究了边坡的渐进破坏过程，分析应力应变 规律，直到满足节点位移突变和迭代步数突变的失稳判据， 从而得到边坡的稳定性安全系数。1边坡工程概况本文中所研究区域为某露天矿西北帮f3断层区。西北 帮岩体内存在的构造结构面有两种：断层和节理，它们对边 坡的岩体强度有着重要的影响。其中，f3断层为一级构造结 构面，对边坡稳定造成重大危害，其它均为次一级别的构造 结构面。2边坡

3、稳定性数值模拟2. 1剖面的选取对于像边坡这样纵向很长的实体，计算模型可以转化为 平面应变问题。假定边坡所承受的外力不随z轴变化，位移 和应变都发生在自身平面内。两侧边界水平位移为零，下侧 边界竖向位移为零。针对露天矿斜交断层边坡，分别选取4600线剖面边坡 和4800线剖面边坡，建立计算模型如图1、图2所示，表1 为实验获得的岩体物理力学指标。2. 3 4600线剖面边坡稳定性计算通过ansys数值模拟，得到模型4600的应力、应变图。图3为模型4600的最大位移图可以看出，坡肩处岩土 体表现的位移最大，且以沉降为主，断层上盘岩体明显比下 盘岩体位移量大，都向煤层与断层交界部位移动，致使f3

4、 断层和2煤交界处易产生应力集中。同时，模型4600的边坡应力变化弹塑性区域分布如图4 所示，由于在坡脚和断层与2煤交界处应力集中，塑性区域 主要分布在f3断层整层及坡脚附近，断层已经完全破坏， 但塑性区并没有贯通，说明边坡处于稳定状态。可以看出，总体位移，均是在坡体上部，即坡肩处岩土 体表现的位移最大；可以看出滑体的潜在移动方向和滑动 面，滑体有明显的沿断层-1煤顶板弱层向坡外移动趋势。模型4800的边坡应力变化塑性区域分布如图6所示， 塑性区域分布在f3断层及坡脚附近，已经从坡底贯通到坡 顶，边坡处于不稳定状态。其破坏模式为沿f3断层和1煤 顶板弱层以剪切形式发生滑移，形成塑性流变区域，即

5、边坡 破坏面。通过对西北帮边坡数值模型的分析，可以得出4800剖 面边坡处于不稳定状态，极易发生边坡失稳现象。其破坏形 式为：沿f3断层和1煤顶板弱层以剪切形式发生滑移。3结论本文基于有限元理论，应用ansys软件对露天矿西北帮 f3断层区边坡稳定性进行了模拟研究，对比分析了不同位置 (4600剖面和4800剖面)边坡的应力分布特征、位移分布 特征及变形破坏特征，揭示了滑坡机理。小结如下：(1) 按照ansys计算边坡的失稳判据，4600剖面边坡 在断层附近表现出塑形变形，但未贯通，处于稳定状态；4800 剖面边坡发生了贯通性的塑性变形，处于不稳定状态，其破 坏形式为沿f3断层和1煤顶板弱层以

6、剪切形式发生滑移。(2) 位移场表明，4600剖面和4800剖面边坡断层上盘岩体和下盘岩体均发生一定程度的相对错对，但4800剖 面尤为明显，且其位移主要面向采空区域，而4600剖面断 层上盘的位移主要指向断层和弱层相交处。参考文献1尧红利用有限元强度折减法分析岩质边坡的稳定 性j.山西建筑，2012,38 (7)：58-59.2 马艳不同屈服条件下边坡应力变形规律的有限元 分析硕士论文d.西安：西安建筑科技大学.2010.3 王熙忠.宝日希勒露天矿边坡稳定性的ansys分析j.辽宁工程技术大学学报，2008,27 (3)：343-344.4 陈祖煜土质边坡稳定分析一原理方法程序m. 北京：中国水利水电出版社，2003.5 熊斌基