基于ansys与flac3d对某坝体稳定性的分析

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1、基于ANSYS与FLAC3D对某坝体稳定性的分析张炜熠山东建筑大学摘要：ANSYS是n前广泛应用的基于有限单元法的数值模拟软件，FLAC3D是R前应用较为广泛的基于有限差分法的数值模拟软件。简要分析了ANSYS和FLAC3D建模特点，分别采用ANSYS和FLAC3D建立二维模型，模拟计算了某坝体受力后应力场和位移场的变化，对计算结果进行了差异性分析，得出了相应的结论。关键词：ANSYS;FLAC3D;位移场;应力场;作者简介：张炜熠（1992年生），男，汉族，山东淄博人，硕士研究生，主要从事地基处理及边坡加固等方面的研究工作。在岩土工程领域，存在许多

2、种结构稳定性分析方法，以坝体稳定性分析为例，最常规的方法是极限平衡分析法。但极限平衡分析法不能解决分析坝体应力和应变问题。与极限平衡法相比，利用有限单元法分析坝体的稳定性具有诸多优势。有限单元法在解决小变形方面有其优越性，但通常的坝体破坏为大变形问题，有限单元法在解决大变形方面不十分方便，而FLAC3D被工程界广泛用来分析边坡的大变形问题。木文分別利用有限元分析软件ANSYS和有限差分软件FLAC3D,针对算例坝体进行稳定性分析111。并将两种软件计算所得结果进行了差异性分析。1ANSYS、FLAC3D软件特点有限元分析软件ANSYS主要包括三个部分

3、:前处理模块、分析计算模块和后处理模块②。其中，前处理模块提供了强大的实体建模及网格划分工具;分析计算模块包括结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。在岩土工程领域，可以利用ANSYS软件进行结构静力分析、结构动力学分析、结构非线性分析以及动力学分析。有限差分软件FLAC3D的基本原理是基于显示差分法来求解运动方程和动

4、力方程,能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。通过调整三维网格中的多面体单元来拟合实际的结构。单元材料可采用线性或非线性本构模型，在外力作用下，当材料发生屈服流动后，网格能够相应发生变形和移动（大变形模式）。FLAC3D中内置有11种材料本构模型：空单元模型（开挖模型），3种弹性模型（各向同性、正交各向异性和横向各向同性），七种塑性模型（Drucker-Prager模型、＞Mohr-Coulomb模型、应变硬化或软化模型、多节理模型、双线性应变硬化或软化多节理模型、D-Y模型和修正的剑桥模型）。图1均质坝体算例2算例分析下

5、载原图2.1锚索加固地范围的地质条件均质坝体模型如图1所示。坝体后侧无水平位移，底面无垂直位移，在斜边上承受水荷载。表1为天然坝体模型土工参数取得的初始计算值。表1物理力学参数初始计算取值下载原表2.2采用ANSYS进行坝体模型稳定性计算分析采用ANSYS中D-P理想弹塑性材料模型，前后处理均在ANSYS中进行，依次设置计算类型，选择单元类型，设置单元行为，设定材料参数，确定单元截面参数，生成几何模型，生成坝体截面，进行网格划分，设定边界条件，对模型施加约束（首先分别给下底边和竖直的纵边施加x和y方向的约束，再给斜边施加x方向的分布载荷），分析计算，

6、进行后处理，确定变形形状，绘制轮廓，显示应变，得到应变分布云图，再次进行后处理，绘制轮廓，显示应力，得到应力分布云图。由应变分布云图可知，坝体的最大位移位于坝体顶部，约为1.02Xe米，坝体底部位移基本为0;坝体的位移自底部向上越來越大，且坝体竖直边位移小于坝体斜边位移;其中x方向位移自底部向上越来越大，自竖直边向斜边越来越大;y方向水平位移变化不大，竖直向位移自中间向上下两侧呈对称分布，中间位移大，两侧位移小;不存在z方向位移。由应力分布云图可知，x方向应力呈明显的分层分布，自坝体顶部向底部逐渐减小，应力最大值位于坝体顶部，约为437.078MPa

7、,应力最小值位于坝体底部，约为5.07716MPa;y方向应力自坝体顶部向底部逐渐增大，应力最大值位于坝体底部且靠近竖直边，约为123.06MPa,应力最小值位于坝体顶部II靠近斜边，约为5.05153MPa;z方向应力自坝体顶部向底部逐渐减小，应力最大值位于坝体顶部且靠近斜边，约为140.309MPa,应力最小值位于坝体顶部且靠近斜边，约为18.5112MPao在施工中应注意对坝体底部的施工。2.3采用FLAC3D进行坝体模型稳定性计算分析采用FLAC3D进行坝体模型稳定性计算分析，依次建立有限差分模型并进行网格划分，生成不规则的六面块体网格，建立

8、x、y坐标与网格的关系，设定模型材料参数，设定边界条件（包括设置初始条件、设置边界条件、设定外力、记录不平衡