边坡稳定性评价常用到的几种软件比较
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摘 要：我国是一个地质灾害频发的国家，地质灾害造成的经济损失巨大，仅2011年上半年直接经济损失达9.39亿元。随着全球气候变化异常的加剧，势必造成更严重的破坏，因此对于地质灾害的预防治理势在必行。在岩土、地质等工程领域，常常采用实地勘察的方式对地质情况进行了解。相比之下，随着CAE技术的发展，新兴的数值模拟技术不仅有低成本低风险的优点，而且实验结果可靠可信，能作为灾害评价的主要依据。同时，数值模拟技术在隧道工程、道路边坡，基坑开挖等领域也有广泛的应用。本文就目前边坡稳定性常用到的几种商业软件进行总结，对它们各自的主要原理、特点及优缺点进行对比，分析这些软件各自在实际工程中适用范围。
关 键 词：边坡；稳定性；软件；优缺点
中图分类号：U 451 文献标识码：A
我国是一个地震发生比较频繁的国家，特别是西南地区，又特别是08年汶川地震以后，由地震后降雨而引发的滑坡、泥石流已经越来越频繁，造成大量的经济损失。因此，做好边坡的稳定性分析评价，对边坡滑坡、泥石流灾害的预防有极大的帮助，以达到减少灾害、经济损失的目的。本文就各种条件下边坡稳定性评价常用分析软件的主要特征，及其优缺点作些简要分析。
目前用于边坡稳定性评价研究的软件有很多种，常用到的有ARCGIS、ANSYS、FLAC3D、SLOPE/W、SLIDE 等软件进行建模分析。下面就这几种常见的分析软件进行一一说明。
1基于ARCGIS软件建模分析法
ARCGIS由Esri公司开发，开发之初，主要关注于数据编辑或者集中于应用工程，以及花费精力在创建GIS数据库并构造地理信息的强大功能。随着ARCGIS版本的更新，其功能也逐渐丰富起来。
1.1 ARCGIS原理
ARCGIS在计算机软硬件支持下，运用系统工程和相关理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以及提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。
1.2 ARCGIS优缺点
优点：1）这是全球首款支持云架构的GIS平台，同时ARCGIS10具备了真正的3D建模，编辑和分析能力，并实现了由三维空间向四维时空的飞跃；2）真正的遥感与GIS一体化，并且可对软件直接进行数据输入。
缺点：1）运用GIS软件建模需借助遥感的影像图形，才能让模型精确，但是高清的遥感影像资料不容易得到；2）通过概率统计原理来进行地震模拟，一般情况下仅适于大范围地域，范围过小则不能收集到足够的资料，不能根据概率统计原理来进行危险性分级。
1.3 ARCGIS工程案例
工程案例1 ：刘连中等人以汶川地震灾区为例，采用此种方法确定危险性指数，成功的将汶川地震波及到的32个重灾区县，分为四个等级。对于灾害的预防有非常积极的意义。
工程案例2：对汶川县城城区的南沟和羊岭沟两条泥石流沟进行调查和评价，将遥感（RS）和GIS技术相结，开展了系统的危险性评价、易损性评价、承灾能力评价，风险计算及风险分区评价研究。最终得到泥石流评价图、泥石流易损性评价图及风险评价图。
2基于SLOPE／W 软件建模分析法
2.1 SLOPE／W简介及原理
SLOPE／W 是GEO-SLOPE软件中一款用于边坡稳定性分析的软件，它是基于刚体极限平衡理论（包括力平衡和力矩平衡）建立的程序，同时SLOPE/W 是全球岩土工程界应用最广泛的专业边坡稳定性分析软件。
2.2 SLOPE／W优缺点
其优点：1）在计算时，可以采用多种土体模型，通过对模型赋值参数进行边坡稳定性分析；2）SLOPE／W建模容易，操作简单；3）SLOPE／W可以直接用CAD底图建模，能让使用者比较直观的看到图示化最危险滑动面及对应的滑动中心的位置和相应的安全系数；4）可以得到各土条的受力情况和几何尺寸及焦度，以及各物理量随坐标轴的变化曲线，为进一步分析提供了方便；5）SLOPE/W还可以与 SIGMA/W和 QUAKE/W模块结合，可以分别按有限元应力法计算边坡的稳定度和分析在地震荷载作用下的边坡问题。
缺点：1）采用极限平衡分析法不能解决分析边坡应力和应变的问题；2）传统的极限平衡法在边坡稳定性分析中的主要问题是：为使本身不静定的问题变为静定，要做一些假设。如果这些假设与实际情况不符，则会得到不合理的结果。
2.3 SLOPE／W工程案例
工程案例：在《基于SLOPE／W 的汾离高速公路靳家庄1#滑坡研究》一文中，应用了SLOPE／W 程序对滑坡的稳定性进行分析与计算。结果表明：该滑坡在天然状态下，整体处于稳定状态；在工程状态下，受水动力条件的变化以及人为活动的影响，易发生复活。这为设计人员提供了参考。
3基于ANSYS软件建模分析法
3.1 ANSYS简介及原理
ANSYS由美国著名力学专家、美国匹兹堡大学力学系教授John Swanson博士于1970年创建发展起来的，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer、NASTRAN、I－DEAS、AutoCAD等。能够进行结构静力分析、结构动力学分析，结构非线性分析及流体力学等分析。是现代产品设计中的高级CAE工具之一。
原理：ANSYS以有限元为计算的理论基础。
3.2 ANSYS优缺点
其优点在于：1）能够与众多CAD软件数据接口；2）实现多场及多场耦合分析；3）具有强大的非线性分析功能；4）支持多种自动网格划分技术；5）图案显示直观，同时还可以输入参数进行动态观察；6）在解决小变形问题，ANSYS比其他分析软件更有优越性。
缺点：1）ANSYS前期处理的实体建模和网格划分模块操作复杂；2）对于一般的边坡工程，划分的单元网格可能上万，计算量非常大，相应的对计算机要求较高。
3.3 ANSYS工程案例
工程案例1：对攀钢西昌钒钛钢铁新基地工程的稳定性分析。该项目属一级边坡工程，场地工程地质条件复杂，地形地貌变化大。基于ANSYS的有限元强度折减法求得边坡安全系数，最后通过计算得出边坡安全系数为1.47。
工程案例2：在三峡库区三期地质灾害治理工程中，对土质滑坡中的抗滑短桩水平位移用ANSYS分析，得出了两点认识：第一，在滑坡治理中，让桩出现“大变形”的设计是极其经济的；第二，以桩受压区边缘的最大变形拟定为超大直径抗滑短桩的变形是合适的，这对于抗滑桩变形监测的布点具有重要指导意义。
4基于FLAC3D软件建模分析法
4.1 FLAC3D简介及原理
FLAC3D分析法又叫连续介质快速拉格朗日差分法，是美国it as ca公司开发的一种用于工程力学计算的有限差分程序。
FLAC3D的基本原理：首先将计算区域离散化，分成若干单元，单元之间由节点联结，节点受荷载作用后，其运动方程可以写成时间步长为 ￡的有限差分形式。在某一微小时间段内，作用于该节点的荷载只对周围若干节点有影响。根据单元节点的速度变化和时段，求出单元之间的相对位移，进而求出单元应变。利用单元材料的本构关系求出单元应力，随着时间段的增长，这一过程将扩展到整个区域，从而求出单元之间的不平衡力。然而，将不平衡力重新作用到节点上，再进行下一步迭代过程，直到平衡力足够小或节点位移趋于平衡为止。
4.2 FLAC3D优缺点
优点：1）FLAC3D对于大变形问题上比较有优势；2）内置有10种本构模型：1种空单元模型，该模型可用于模拟开挖；3种弹性模型，适用于各向同性、横向各向同性及正交弹性模型；6种弹塑性模型。计算时针对不同的材料可以选用本构模型，比较真实地反映实际材料的力学动态行为。
缺点：1）由于FLAC3D在建模时，只能以命令流的形式进行，所以建模十分困难；2）计算边界、单元网格的划分带有很大的随意性，给后续分析带来了难度。
4.3 FLAC3D工程案例
工程案例1：对澜沧江某边坡地震稳定性分析，运用FLAC3D进行建模，输入地震波等参数分析，最后得出澜沧江左岸某边坡在地震作用下极易发生失稳，因此必须对其进行支护。在边坡中段前后用锚杆进行支护，在陡峻的位置进行锚喷，以免坡散落体砸断或破坏油管道正常运行，既保护了管道线的正常运行，又做到经济合理。
工程案例2：对于平庄西露天矿陡帮边坡稳定性分，运用FLAC3D数值模拟对工作帮基底等主要影响因素进行研究, 揭示了高陡岩体变形、移动规律、滑坡机理并提出防治措施, 保证露天矿安全生产并获得最大经济效益。
5基于Slide软件建模分析
5.1 Slide简介及原理
Slide是加拿大RocScience公司研发出的产品，是一款评价岩质或土质边坡安全系数或者失效概率的二维极限平衡软件。
原理：该软件基于竖直条分法极限平衡分析方法。
5.2 Slide优缺点
优点：1）计算方法多样：Bishop、Janbu、Spencer等九种计算方法及多种材料类型；2）在进行稳定性分析时可以对计算条件进行预先设置；3）它具备一系列全面广泛的分析特性，包括支撑设计，完整的地下水（渗流）有限元分析及随机稳定性分析；4）在滑动面的自动搜索中应用穷举法与退火遗传算法搜索滑面两种方法实现自动搜索功能，两种方法互为补充；5）在处理模块中融入了可靠度分析，添加了安全系数云图与等直线，使计算结果更加直观；6）采用Slide CAD，可在短短几分钟内完成从建模、计算到显示的整个边坡分析过程。
缺点：1）在建模中由“Slope Limits”限定边坡坡面，也限定了滑面有效范围；2）在设计支护面时，支护结构必须与滑面相交。
5.3 Slide工程案例
运用Slide 软件对某尾矿库边坡稳定性进行分析，得出其安全稳定系数，对其稳定性评价为安全储备不足。
6结论
通过对各软件的理论原理、优缺点及实际工程案例，对于不同的工程问题，各软件的适用范围分析如下：
1）ARCGIS软件在滑坡问题上适用于：a、地质灾害危险性评价；b、ARCGIS环境下的二次开发模块，如栅格化模块、指标体系模块、图层叠加模块等。
2）SLOOP/W软件在滑坡问题上主要应用于渗流方面的分析。
3）ANSYS软件适用的分析方向有：a、施工隧道开挖；b、模拟构造地层；c、模拟断层、软弱结构面、地层分界线；d、绘制主应力云图等图表；e、进行施工模拟开挖分析，进行二维弹塑性分析。
4）FLAC3D在滑坡问题上适用于： a、地震作用下滑坡稳定性分析；b、建立模拟模型图，如运用于分析坡岩体形、移动规律、破坏区域、滑移面和滑坡机理；c、考虑到FLAC3D建模难度大，因此最好结合ANSYS一起使用。
5）Slide在滑坡问题上适用于：a、高速公路、铁路、机场等交通设施，以及建造矿井、大坝等大型建筑工程方面的土坡稳定性分析；b、滑坡推力及理论内力计算、高边坡稳定性、边坡滑动分布形式、工程设计等方面
参考文献：
[1] 刘连中,刘洪江,朱怀芳 汶川地震次生灾害危险性评价及震后减灾对策经济学分析 [J] 水土保持研究， 2010，2 第17卷 第1期 ；210-213
[2] 钱永波 强震区城镇泥石流灾害风险评价方法与体系研究 [D]成都 成都理工大学， 2009， 6 ；16-34
[3] 许 冲，吉彬彬，蒋波，刘 灿 基于SLOPE／W 的汾离高速公路靳家庄1#滑坡研究 [J] 中国地质灾害与防治学报， 2008 ，12 第19卷 第4期 ；33-36
[4] 肖 颖．许模 浅谈FLAC、ANSYS 建模特点及其应用 [J] 甘肃水利水电技术， 2011， 2 第47卷 第2期 ；11
[5] 王金龙 ANSYS12.0土木工程应用实例解析 [M] 北京 机械工业出版社 ， 2011， 1 ；1-5
[6] 柳林超，梁波，刁吉 基于ANSYS的有限元强度折减法求边坡安全系数 [J] 重庆交通大学学报(自然科学版)，2009，10 第28卷 第5期 ；899-901
[7] 雷用， 郑颖人 土质滑坡中抗滑短桩水平位移ANSYS分析 [J] 地下空间与工程学报， 2006 第五卷 第五期；828-829
[8] 宋民崇，余云燕，赵德安 FLAC软件在边坡稳定性分析中的应用 [J] 黑龙江工程学院学报（自然科学版）， 2009，12 第23卷 第4期 ；24-27
[9] 吴德成 ，李永旗 ，陈 燕 ，殷 帅 运用FLAC3D分析澜沧江某边坡地震稳定性 [J] 安全与环境工程， 2011， 11 第18卷 第6期 ；16-19
[10] 曹兰柱,贾兰,韩志华 FLAC3D在平庄西露天矿陡帮边坡稳定性分析中的应用 [J] 露天采矿技术 2008 增刊 ；29、32
[11] 朱泽勋，吴莉 基于SLIDE的某尾矿库边坡稳定性分析 [J] 采矿技术 ，2011，11 第11卷 第6期 ；50、128
[12] 王张 ，斌宋，保强 边坡稳定性分析及治理设计软件Slide CAD的开发 [J] 岩土工程技术， 2006， 10 第20卷 第5期 ；263-265