在邊坡工程當中，在邊坡上部進行基坑開挖是能夠經(jīng)常遇到的，這對于邊坡來說既是一種卸載的過程，同時也是破壞了其原有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。那么對于邊坡的開挖進行穩(wěn)定性分析是十分有必要的。本文立足于探求在邊坡上進行基坑開挖前后的穩(wěn)定性分析，采用有限元分析軟件ansys對參考文獻中國內(nèi)某礦的邊坡進行模型建立。

　　1、有限元模型的建立
　　本例所采用的邊坡的單元是材料庫中的PLANE82單元，邊坡的實例選取國內(nèi)某礦，邊坡模型建立選用彈性和彈塑性兩種材料，定義的兩種邊坡圍巖截面的材料屬性參數(shù)如表1
　　表1邊坡模型圍巖材料屬性參數(shù)
　　材料類別彈性模量/pa泊松比v容重kN/m3粘聚力/pa內(nèi)摩擦角φ（。）
　　圍巖13.2e+110.242700--
　　圍巖23.0e+110.2525009e+542
　　模型建立以后進行單元離散和網(wǎng)格劃分對模型左右邊界限制其水平位移，下邊界限制其水平及豎向位移，施加自重作用。設置邊坡穩(wěn)定收斂條件，求解到不收斂為止。在對正常邊坡求解完成以后，通過殺死單元的方法來模擬邊坡上部的基坑開挖，使其在同等條件進行求解，一直到邊坡不收斂為止。
　　2、高溫高壓機械密封有限元強度折減原理
　　在ansys對于平面應變下的強度問題，可以用Drucker—Prager法則來代替摩爾—庫倫準則，而對于D—P法則模型需要三種材料的力學參數(shù)：粘聚力C、內(nèi)摩擦角φ、真空熱處理設備價格膨脹角ψ，其中膨脹角ψ在本例中均設為0。而材料的粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ均使用強度折減法進行計算。
　　計算公式如下式所示：
　　式中，C和φ為邊坡土體的原始的粘聚力和內(nèi)摩擦角，C′和φ′是折減后的粘聚力和內(nèi)摩擦角，F(xiàn)是強度折減系數(shù)。將折減后的參數(shù)輸入模型求解計算，若完成求解，則此時邊坡是穩(wěn)定的；就增大折減系數(shù)F，直到計算至不收斂為止，此時的折減系數(shù)就是穩(wěn)定系數(shù)。
　　3、計算結(jié)果分析
　　運用ansys對邊坡土體在不同的折減系數(shù)下的穩(wěn)定性進行分析，求解完成以后，進入后處理查看器中，可以查看邊坡的變形圖、X方向位移云圖以及塑性應變云圖。隨著折減系數(shù)的增大，邊坡的X方向位移也在增大，塑性應變發(fā)展迅速，當塑性區(qū)發(fā)展形成一個貫通區(qū)域時，求解計算不收斂，此時認為邊坡發(fā)生了破壞。
　　圖1基坑開挖前F=2.4的塑性應變云圖圖2基坑開挖后F=2.4的塑性應變云圖
　　通過對于基坑開挖前后邊坡求解的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩者都是在F=2.6的時候計算不收斂，F(xiàn)=2.4時候的塑性應變云圖如圖1、2所示。
　　根據(jù)基坑開挖前后的塑性應變圖可以看出，兩者的塑性應變云圖一致的，此時的塑性區(qū)即將貫通至坡頂。在總體變化上，基坑開挖以后的塑形圖圍繞著基坑邊緣更快的向上貫穿，但是在基坑底部的土層仍未發(fā)生塑性區(qū)的開展。
　　將基坑開挖以前的邊坡在不同折減系數(shù)下求解得到的X方向位移的最大值以及最小值的結(jié)果列于表2：
　　表2開挖基坑前后的邊坡X方向位移值
　　折減系數(shù)開挖前X方向位移開挖后X方向位移
　　Min（mm）Max（mm）Min（mm）Max（mm）
　　F=1.0-32.65446.855-26.32650.357
　　F=1.2-32.66946.847-26.33750.362
　　F=1.4-32.87746.977-26.35850.371
　　F=1.6真空井點降水-46.20853.659-36.2157.078
　　F=1.8-61.77152.122-49.05455.025
　　F=2.0-76.54346.368-61.22348.027
　　F=2.2-90.98635.385-73.47534.80
　　F=2.4-103.79823.144-89.80619.212
　　4、結(jié)語
　　根據(jù)基坑開挖前后的邊坡的X方向的位移云圖以及塑性應變云圖可以得到以下結(jié)論：
　　4.1無論是基坑開挖前還是基坑開挖后，在X方向上的位移值在不同的折減系數(shù)的情況下有很大的改變。其中對于-X方向的位移值，隨著F的增大，其位移的絕對值都是一直在增大。而且基坑開挖以后的在-X方向的位移值還要小于未開挖基坑的值，這是由于基坑開挖對于邊坡相當于是一個卸載的過程。
　　4.2對于X方向的位移值，在剛開始的時候，位移值都是增大，當達到一定的強度系數(shù)以后，X方向的位移值開始下降。由于基坑的存在，開挖基坑以后的邊坡在最開始出現(xiàn)塑性區(qū)開展時（F=1.4），是出現(xiàn)在基坑邊角處；對于基坑開挖前的邊坡，雖然也是在F=1.4的時候出現(xiàn)塑性區(qū)開展，但是是在坡腳處進行開展。
　　4.3對于基坑開挖后，F(xiàn)=2.6時，計算結(jié)果不收斂，塑性區(qū)貫穿整個邊坡房屋地基沉降。當F=2.4時候，計算結(jié)果仍是收斂的，這與未開挖基坑時的結(jié)果一致。由于此時的強度折減系數(shù)就是穩(wěn)定系數(shù)，說明基坑開挖后的邊坡仍是穩(wěn)定的。