FLAC3D在邊坡滑坡中的應用分析

摘要：FLAC 3D是當前的在巖土工程領(lǐng)域應用較普遍的數(shù)值分析軟件，在邊坡穩(wěn)定性分析時具有強大的計算功能，在建立模型通過不斷單一的改變不同的巖土體的參數(shù)值，得出不同巖土體參數(shù)對滑坡面的影響程度。

關(guān)鍵詞：FLAC3D;安全系數(shù);滑坡面;數(shù)值模擬

1 概述

由于巖土體介質(zhì)的復雜性，分析邊界和工況的多變，用經(jīng)典力學求解復雜的巖體工程問題的解析解已經(jīng)很難，甚至不可能。隨著電子計算機的廣泛使用，數(shù)值分析方法在巖土工程、工程地質(zhì)領(lǐng)域獲得了迅速的發(fā)展，為研究巖土工程和工程地質(zhì)問題提供了強有力的手段。數(shù)值模擬理論和方法發(fā)展迅速，工程地質(zhì)數(shù)值方法的不斷成熟和完善，使得解決工程地質(zhì)問題更加廣泛，研究的課題更加深入。一方面，飛速發(fā)展的工程地質(zhì)學不斷地提出新的難題，用現(xiàn)成的數(shù)學、力學理論對其無法作出確切的描述，工程地質(zhì)數(shù)值方法為解決這類問題提供了可能的手段;另一方面，各種數(shù)值方法的不斷成功應用，深化了人們對許多工程地質(zhì)現(xiàn)象的理解，并有力地推動了工程地質(zhì)學科的定量化進程。

FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）數(shù)值分析軟件是為滿足巖土工程、隧道工程、采礦工程、道路與鐵道工程等學科領(lǐng)域研究的有限差分計算軟件，目前，該軟件已得到全世界 70 多個國家廣泛應用，它有兩個計算程序版本即二維和三維兩個計算程序。FLAC3D（Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua）是由美國明尼蘇達Itasca Consulting Goup Inc. 軟件公司開發(fā)的通用程序，它是 FLAC2D 在三維空間上的拓展，可以用于模擬巖石、土質(zhì)以及其它材料的三維結(jié)構(gòu)受力特性，尤其用于分析達到屈服極限強度時的塑性流動，廣泛應用于支護設計和評價，邊坡穩(wěn)定性分析、施工設計（模擬開挖和填筑）、拱壩穩(wěn)定性分析、河谷演化進程再現(xiàn)等。本文通過建立數(shù)值模型作為分析平臺，在未支護狀態(tài)下，采用強度折減法分析邊坡在達到臨界破壞時，所產(chǎn)生的塑性區(qū)、位移等值圖、剪應變邊分布圖等來確定滑動面的分布情況。通過不斷的改變巖、土體的參數(shù)值（粘聚力、內(nèi)摩擦力、彈性模量等），找出不同參數(shù)對于滑動的面的影響，以及敏感程度。

2 計算模型

采用如下模型分析：邊坡高15米，坡度1：1，坡腳到左側(cè)的距離為20米，坡頂?shù)接覀?cè)邊界的的距離為40米，坡腳向下方延伸15米深。

3計算結(jié)果處理：

通過不斷的改變單一的參數(shù)值，得到不同的滑動面，借用經(jīng)濟上的敏感性因素分析法，來確定不同參數(shù)對滑動面的影響情況。

當改變粘聚力時，得到粘聚力和安全系數(shù)有如下關(guān)系見表（一）

表（一）

粘聚力與安全系數(shù)的的關(guān)系

粘聚力

安全系數(shù)

粘聚力改變比

安全系數(shù)變化比

0

0.4721

10

0.7328

100

55.22

20

0.9941

100

110.57

30

1.3119

100

177.89

40

1.6223

100

243.63

經(jīng)線性擬合，如圖（2）所示。

如圖（2）

改變內(nèi)摩擦角時，得到內(nèi)摩擦角和安全系數(shù)有如下關(guān)系見表（二）

表（二）

內(nèi)摩擦角與安全系數(shù)的的關(guān)系

內(nèi)摩擦角

安全系數(shù)

內(nèi)摩擦角增加率

安全系數(shù)變化率

10

0.7832

15

0.9222

50

17.75

20

1.1961

100

52.72

25

1.3371

150

70.72

30

1.6127

200

105.91

經(jīng)線性擬合，如圖（3）所示。

如圖（3）

3）、改變彈性模量時，得到彈性模量和安全系數(shù)有如下關(guān)系見表（三）

表（三）

彈性模量與安全系數(shù)的的關(guān)系

彈性模量

安全系數(shù)

彈性模量改變率

安全系數(shù)變化率

0

1.2654

10

1.2655

100

0.01

20

1.2659

200

0.04

30

1.2652

300

-0.02

40

1.2655

400

0.01

從表（三）和圖（三）都可以清楚的知道當彈性模量的變化達到百分之百是安全系數(shù)的變化率還不足百分之零點一。

4）、改變抗拉強度時，得到抗拉強度和安全系數(shù)有如下關(guān)系見表（四）

表（四）

抗拉強度與安全系數(shù)的的關(guān)系

抗拉強度

安全系數(shù)

抗拉強度增加率

安全系數(shù)變化率

50

1.2123

100

1.2097

100

-0.21

150

1.2158

200

0.29

200

1.212

300

-0.02

250

1.2178

400

0.45

繪抗拉強度增量的改變率和安全系數(shù)變化率的關(guān)系如圖（三）所示，

從表（四）和圖（四）都可以清楚的知道當彈性模量的變化達到百分之百是安全系數(shù)的變化率還不足百分之一。

4 計算結(jié)果分析：

粘聚力增加率和安全系數(shù)變化率的關(guān)系的線性擬合方程為 ，其中R值為0.9991。內(nèi)摩擦力的增加率和安全系數(shù)變化率的線性擬合方程為 ，其中R值為0.9928。粘聚力和內(nèi)摩擦角的增加率與安全系數(shù)的變化率均符合線性的變化，且粘聚力的斜率要比內(nèi)摩擦角的斜率大?？估瓘姸群蛷椥阅Ａ康脑黾勇逝c安全系數(shù)的變化則沒有明顯的變化，均在百分之一以內(nèi)。從影響因素的敏感性角度來講粘聚力的變化對安全系數(shù)的影響最大，內(nèi)摩擦角次之，抗拉強度和彈性模量基本不產(chǎn)生影響。

5結(jié)語

FLAC 3D是當前的在巖土工程領(lǐng)域應用較普遍的數(shù)值分析軟件，本文以該軟件為基礎(chǔ)模擬均質(zhì)土體邊坡滑坡面的安全系數(shù)，通過改變不同的巖土體的參數(shù)最終的出不同參數(shù)對滑坡面的影響程度，為應用該軟件從事巖土設計提供參考。

參考文獻：

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