FLAC～3D在边坡稳定性分析中的应用

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FLAC-3D在水利边坡稳定性分析中应用

可以看出随混凝土强度提高，其位移值变小，力变小；应钢
和型钢发生局部屈曲，两种材料相互弥补了彼此的不足，充分发挥了各自的长处，钢管混凝土具有很高的承载能力。使从变形和单元应力图上也可以看出，悬臂面位移最大，心核混凝土应力最小。由于钢管对混凝土的约束，使混凝土的应力提高，离外壁越近，混凝土的应力越高。
４试件的对比表２４根试件位移及混凝土应力的变化
高，型钢一钢管混凝土轴压构件的承载力提高；着钢管厚随径比的提高，型钢一钢管混凝土轴压构件的弹性刚度和承载力略有提高，影响不明显；但随着型钢厚度的增加，钢型
一
钢管混凝土轴压构件的承载力提高，延性增强。
参考文献
［］王连广．钢与混凝土组合结构理论与分析［．１Ｍ］北京：科学出
版社，０５２０．
［］韩林海，２杨有福．现代钢管混凝土结构技术［．Ｅ：Ｍ］ｊ京中国
建筑工业出版社，０．２０４
ＡｂｔａｔＢｓｄｏａｉｒｎｉｌｆＬ－ｎｓａｐｉａｉｎｔｔｎｔｅｕｔｎｔｅｒｕｓｒｃ：ａｅｎｂｓｃｐｃｐｅｏＡＣ３ａｄｉｐｌｔｏｓｒｇｈｒｄｃｉｈｏｙｎ — ｉＦＤｔｃｏｅｏｍｅｉａｉｌｔｎａｄａａｙｉｉｄｏａｓｏｅｏａｅｏｓｒａｃｕｙＭｏｒＣｕｏｄ１ｒｃｌｍｕａｉｎｎｌｓｓｓｍａｅｔｌｐｆａｗｔｒｃｎｅｎｙｈｂｂｈ・ｏｌｍｂｍｏｅ．ｓｏｖＣｏｓｎｕｔｂｅｐｙｉａｎｃａｉａａａｔｒ，ｔｅｓｂｌｙｏｈｏｋｌｐｓａａｙｅ．ＢｈｏｉｇｓｉｌｈｓｃｌａｄｍｅｈｎｃｌｐｒｍｅｅｓｈｔｉｔｆｔｅｒｃｙｓｅｉｎｌｚｄａａｉｏｙａａｙｉｇｔｅｓｏｅＳｄｓｌｃｍｅｔｓｌｔｎａｄｔｅｓｅｒｓａｎｒｔ，ｔｅｒｓｌｉｄｃｔｓｔａｅｓｏｅｎｌｚｎｌｐ ’ ｉａｅｎａｔｉｎｈｈａｔｉａｅｈｅｕｔｎｉａｅｈｔｔｌｐｈｐａｏｒｈｅｉｔｏｅｔｌｓｄｎｕｆｃ，ａｄｔｅｓｐｓｎｔｕｓａｌ．ｘｓｓｐｔｎｉｌｉｇｓｒｅｎｈｌｅｉｏｎｔｂｅａｉａｏＫｅｒｓｓｐｙｗｏｄ：ｌｅ；ｓｅｇｈｒｄｃｉｎ；ＦＡＣ－ｏｔｎｔｅｕｔｒｏＬ３Ｄ；ｎｍｅｃｌｓｌｔｎｕｒａｉａｉｉｍｕｏ

FLAC3D在路基边坡稳定性分析中的应用

FLAC3D在路基边坡稳定性分析中的应用【摘要】Flac3D是岩土工程中广泛应用的软件,本文介绍了其基本原理和特点,如有限差分网格和有限差分方程的建立等,并应用Mohr-Coulomb本构模型对路基边坡进行了数值稳定性分析。

依据边坡位移变形和塑性区域的贯通情况对边坡稳定性进行了分析。

【关键词】Flac3D;边坡;稳定性分析;数值模拟1 FLAC3D的基本原理1.1拉格朗日法FLAC软件是美国Itasca咨询集团公司开发的专业岩土工程分析软件,其基本原理即是拉格朗日差分法。

利用节点位移连续的条件,对连续介质进行非线性大变形分析,可以模拟地应力场生成,边坡或地下工程的开挖、锚杆(锚索)设置、地下渗流等。

拉格朗日法源于流体力学,研究流体质点在任一时段内的运动轨迹、速度、压力等特征。

将其移植到固体力学中,把所研究的区域划分成网格,其结点相当于流体质点,然后按时步用拉格朗日法来研究网格结点的运动。

FLAC3D与有限元法相比,具有以下优点:(l)采用显式解析法不需要建立刚性矩阵,节省内存,提高了运算速度。

(2)采用离散法,正确地模拟了塑性破坏及塑性流动。

(3)能跟踪模型中任一点的历史,方便看出该点的应力、位移历程曲线。

1.2使用步骤(1)建立模型,产生网格,确定材料性质和边界条件。

(2)运行程序,建立原始平衡。

(3)根据实际工程情况改变模型的相关条件,重新运行程序达到新的平衡或出现某种形式的变形与破坏。

2 工程概况某一级公路路基设计宽度为30.0m,边坡设计坡度为1:1,路基土体分两层,基层为中硬粘土,层厚为30m;填筑中细砂土,并经压实,层厚25m,路基底部宽90m,模型见图l。

经室内土工试验测定,各土层的物理力学性质见表1。

其中体积模量K 和剪切模量G分别按式(1)、(2)计算:3 数值计算模型3.1数值建模根据实际工程情况和地层分布,数值分析模型在FLAC3D环境下完成。

为减少计算时间,取路基宽度的1/2进行建模。

FLAC~3D在露天矿边坡稳定性分析中的应用

科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFO RM TI ON 2008NO .15SC I EN CE &TECH NO LOG Y I N FOR M A TI O N 信息技术1FL A C 3D 程序[1]FL A C(Fas t L a gr angi a n A nal ys i s ofC ont i nua),即连续介质快速拉格朗日分析。

它是基于拉格朗日差分法的一种显式有限差分程序。

是由美国I t a s ca Cons ul t i ngG r oup I nc.开发的商业软件。

FLAC 3D 比其他有限元法有以下优点：一是采用显式解析法,不需要建立刚度矩阵,节省内存,提高了运算速度；二是采用混合离散法,正确地模拟了塑性破坏及塑性流动；三是采用动态方程求解,克服了系统模型内的不安定因素。

FLAC 3D 可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形,尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有其独到的优点。

FL AC 3D 内部含有多个力学模型：一个“空”模型(用于几模拟开挖等)、二个弹性模型(各向同性、横观各向同性、各向异性弹性材料)、六个塑性模型(按不同的破坏准则模拟弹塑性材料。

强度折减法由Dunca n 提出的[2],认为边坡的稳定安全系数可以定义为使边坡刚好达到临界破坏状态时,对土的剪切强度进行折减的程度,即定义稳定安全系数为土的实际抗剪强度与临界破坏时折减后的剪切强度的比值。

强度折减法的要点是利用公式和调整土体的强度指标,其中为折减系数,然后对土坡进行数值分析,通过不断地增加折减系数式,反复分析土坡,直至其达到临界破坏,此时得到的折减系数即为稳定安全系数。

强度折减法的优点是安全系数直接求出,不需要事先假设滑裂面的形式和位置,另外可以考虑土坡渐进破坏过程和变形对稳定的影响。

2工程概况某金矿采用露天方式开采,矿区采场坑口地势较为平坦,标高为＋3m ,上口尺寸为1100m ×390m ,分东西两个东部采场的最终坑底标高东坑为-170m ,最终边坡的最大高度为173m ,总体边坡角47°,基岩边坡的总体边坡角为50°。

利用FLAC3D分析某边坡地震稳定性

利用FLAC3D分析某边坡地震稳定性一、本文概述随着全球气候变化和人为活动的加剧，地震等自然灾害对人类社会和自然环境的影响日益显著。

边坡作为地壳表面的一种常见地貌形态，其稳定性对于防止地质灾害、保护人民生命财产安全具有重要意义。

FLAC3D作为一款广泛应用于岩土工程领域的数值模拟软件，其强大的三维有限差分计算能力使得它成为分析边坡地震稳定性的重要工具。

本文旨在利用FLAC3D软件，针对某一具体边坡进行地震稳定性分析，探讨其在不同地震动作用下的响应特征，以期为边坡工程的设计、施工和维护提供理论支持和决策依据。

本文首先将对FLAC3D软件的基本原理和计算方法进行简要介绍，阐述其在边坡稳定性分析中的适用性。

接着，结合某一具体边坡的实际情况，建立相应的数值模型，并设定不同等级的地震动作为输入条件。

通过数值模拟，分析边坡在地震作用下的变形、应力分布以及破坏模式，探究边坡的稳定性变化规律。

本文还将讨论不同影响因素，如边坡几何形态、材料性质、地震动强度等对边坡稳定性的影响，以期全面评估边坡的地震稳定性。

通过本文的研究，旨在深入了解FLAC3D在边坡地震稳定性分析中的应用，为边坡工程的安全设计和有效管理提供科学依据。

也为类似工程问题的研究提供参考和借鉴。

二、FLAC3D软件介绍FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions）是一款由Itasca公司开发的专门用于模拟岩土工程问题的三维显式有限差分程序。

该程序基于拉格朗日描述，能够模拟岩土体在复杂应力路径下的变形和流动行为。

由于其强大的计算能力和灵活的建模方式，FLAC3D在岩土工程领域得到了广泛的应用。

FLAC3D的核心优势在于其能够模拟岩土体的弹塑性行为、大变形、流动和破坏过程。

程序内置了多种本构模型，如Mohr-Coulomb 模型、Drucker-Prager模型等，这些模型能够准确描述岩土体的应力-应变关系。

FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中的应用

FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中的应用赵忠海【摘要】Taking the Gaozhi Village landslide as an example, this paper discussed the application of FLAC3D in landslide stability analysis and evaluation. The author ifrst introduced the basic principle and main process of FLAC3D, and then simulated the Gaozhi Village landslide stability under natural state and heavy rain state by Mohr-Coulomb of FLAC3D. The simulation result intuitively showed the distribution characteristics of plastic deformation and horizontal displacement of the slope in the above two conditions, and clearly showed the potential sliding surface inside the slope. According to the result of numerical simulation, the article analyzed and evaluated the landslide stability, studied and discussed the deformation and failure forms of the landslide. By analyzing the plastic deformation and displacement of slope, the author considered that the landslide is basically stable under the natural state and is unstable and likely to slide and lose its stability in the local area under the continuous high intensity rainfall state. This is consistent with the investigation and analysis. This result shows it is feasible and more simple and more intuitive and convenient to analyze and evaluate the stability of landslide by FLAC3D. Compared with the traditional limit equilibrium method, FLAC3D has the incomparable advantage.%本文以高治村滑坡为例，论述了FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中的应用。

FLAC3D技术在边坡稳定性分析上的应用

向）地面（及Ｚ轴方向）束。约
图３边坡开挖后系统不平衡力演化过程曲线
２３边坡开挖后的稳定性分析．
为了深入了解工程边坡开挖完成后，坡体应力应变分布规律
２２天然状态下的边坡稳定分析．
这里进行天然状态分析目的在于，确定模型边界条件下边坡及发展状况，在进行开挖模拟前，首先将整个系统各个方向的位
第３６卷第２６期
２０１０年９月
山西建筑
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥ（ｒ了ＩＲＥ
Ｖｏ．６Ｎｏ．６１３２
Ｓｐ２１ｅ．００
・９・７
文章编号：０９６２（００２ —０７０１０。８５２１）６０９ —２
向，以垂直澜沧江方向为ｙ轴，向指向山内，正以铅直向上方向
为ｚ轴正方向。模型范围长６０Ｉ（ｘ轴）宽６０Ｉ（ｙ４Ｉ沿Ｔ，４Ｉ沿Ｔ轴）高从海拔高度５０ｍ到地面。模型的形态和结构主要参照，０地形图、工程地质平剖面以及平切图，型共划分３３９０个单模５４
２ＦＡ３ＬＣＤ数值模拟
３２
１５０９８７６４３２
图１天然状态下剖面最大主应力
２１计算模型的建立与参数取值．
溢洪消能区边坡三维模型以顺澜沧江方向下游为ｘ轴正
８３３６００１５６

FLAC3D在地震边坡稳定性分析中的应用

第２９卷第５期江西理工大学学报ｖ。

１．２９，Ｎ。

．５２００８年１０月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＪＩＡＮＧＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯｃｔ．２００８文章编号：１００７—１２２９（２００８）０５－００２３—０４ＦＬＡＣ３Ｄ在地震边坡稳定性分析中的应用张友锋，袁海平（江西理工大学应用科学学院，江西赣州３４１０００）摘要：介绍了ｎＡＣ如基本原理和动力分析的特点；通过对某土质边坡的地震荷载动力分析，讨论了利用ｎＡＣ∞进行边坡地震动力分析时如何设置边界条件、地质体阻尼的选取、地震波的时程转化和输入．在此基础上，依据边坡地震荷栽作用下的边坡位移变形和塑性区域的贯通情况对边坡稳定性进行了分析．关键词：ＦＬＡＣＷ；地震；边坡；稳定性分析；数值模拟中图分类号：ＴＵ４５２文献标识码：ＡＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦＬＡＣ如ｔｏｔｈｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｌｏｐｅＳｔａｂｉｌｉｔｙｉｎＥａｒｔｈｑｕａｋｅＺＨＡＮＧＹｏｕ－ｆｅｎｇ，ＹＵＡＮＨａｉ－ｐｉｎｇ（ＦａｃｕｌｔｙｏｆＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅ，Ｊｉａｎ弘ｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ３４１０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｌｏｐｅｗｉｔｈＦＬＡＣ３０ｉｎｅａｒｔｈｑｕａｋｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＴｈｅｉｓｓｕｅｓｏｆｂａｓｉｃｔｈｅｒｏｙｏｆｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｗｉｔｈＦＬＡＣ３Ｄ，ｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｄｙｎａｍｉｃｗａｖｅｔｒａｎｓｆｒｏｍａｎｄｌｏａｄ，ａｎｄｄａｍｐｉｎｇｆｏｒｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｂｏｄｙａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｌｏｐｅｉｎｅａｒｔｈｑｕａｋｅｉｓｅｓｔｉｍａｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｐｌａｓ－－ｔｉｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎａｒｅａｔｒａｎｓｆｉｘｉｏｎｗｉｔｈＦＬＡＧ３Ｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＬＡＣ如；ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ；ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｌｏｐｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｖａｌｕｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ地震荷载是触发边坡失稳的重要原因之一，是国内外工程界和学术界一直普遍关注的课题．而稳定性问题则是研究的核心，研究地震边坡稳定性的方法归纳起来主要有以下几种：拟静力法、滑块分析法、实验法、地震边坡的概率分析方法、数值方法【１】．目前，对边坡地震稳定性分析常采用的数值方法有：有限元法、离散元法和快速拉格朗日法．近年来，拉格朗日法由于能解决大变形问题和动力分析而倍受青睐．本文利用ＦＬＡＣ３Ｄ对地震边坡的稳定性进行数值模拟分析．１ＦＬＡＣ∞基本原理和特点ＦＬＡＣ３Ｄ软件［２１是由美国Ｉｔａｓｃａ公司开发的工程计算软件，其基本原理是拉格朗日差分法．拉格朗日法源于流体力学，它通过研究流体各个质点的运动参数（位置坐标、速度和加速度等）随时间变化的规律，综合所有流体质点运动参数的变化，得到整个流体的运动规律．把拉格朗日法移植到固体力学中，把所研究的区域划分成空间网格，其结点就相当于流体的质点，设施柏、口；及ｄｖ／ｄｒ（ｉ＝１，２，３）分别为结点的空问位置、位移、速度及加速度向量元，略为应力张量，则应变速率张量、旋转速率张量可表示为：祭（矽一珞），２，∞Ｆ（ｙ广珞），２当施加载荷时，单元结点的运动方程可表示为：ｏ＇＃ｆｈｏｂ；＝ｐｄｖ／ｄｔ，其中Ｐ为介质密度，ｂ为体力密度，本构方程可表示为：眵月＝凰（听，白，ｋ）（ｉＪ，ｋ＝ｌ，２，３），其中同是应力速率张量，嘲是给定函数表达式，ｋ是考虑加载历史的参数．联立上述方程即可求得应力速度张量、应变速度张量和速度矢量．收稿日期：２００８－０７—１４作者简介：张友锋（１９７９一），男，助教．２４江西理工大学学报２００８牟１０月ＦＬＡＣ３０方法在求解时使用以下３种计算方法：①离散模型方法：连续介质被离散为若干互相连接的六面体单元，作用力均被集中在节点上；②有限差分方法：变量关于空间和时问的一阶导数均用有限差分来近似，运动方程和动力方程均采用显式方法求解；③动态松弛方法：应用质点运动方程求解，通过阻尼使系统运动衰减至平衡状态．ＦＬＡＣ３Ｄ有如下特点：①采用混合离散化方法模拟塑性破裂与塑性流动，比采用有限元法更合理；②采用动态运动方程求解更适合解决物理上的不稳定过程问题；③采用显式解法，不需要存储刚度矩阵，与普通隐式解法相比，大大节约了内存和计算时间；④其运动总方程的显式时间逼近解法对于岩土体的渐进破坏与失稳，以及大变形分析较为适用．由于拉格郎日法基于动力学方程，采用了动态求解方法，因此能够更好模拟动态问题．ＦＬＡＣ３Ｄ动力分析原理中，考虑到结构材料的力学性质和大变形影响，采用非线性振动分析和等价线性振动分析等两种方法．等价线性方法根据试验和工程类比来给定材料的阻尼比和剪切模量进而计算其动力反应，由于建模简单而被广泛用于地震工程学中，模拟地震波在岩土体中传播以及岩土体与结构物间的动力相互作用．非线性动力分析则考虑材料物理力学性质空间和时间上的非线性，模型中各个单元不同的变形破坏阶段采用不同的阻尼比和剪切模量来计算动力反应．在ＦＬＡＣ３Ｄ的动力计算中即采取非线性震动分析法，能够真实地模拟地质体的应力一应变关系．动力分析过程一般分为以下两个步骤：一定地质条件下的静力平衡计算和施加动力荷载后的动力反应分析．在第一步中，确定模型范围、初始条件、材料类型、本构模型以及模型的填筑、开挖、衬砌等，也就是静力作用下的平衡计算．第二步，是在第一步计算的基础上，施加动荷载，应考虑以下３个方面的内容：①动力加载和动力边界；②力学阻尼；③地震波在介质中的传播．２工程地质概况某边坡为云南昆明某建筑土质边坡．该边坡走向大致为ＷＥ向，坡面倾向南，呈单面边坡，边坡高度为１０ｍ，坡角为５０。

FLAC3D在露天矿边坡稳定性分析中的应用

剪强度进行折减的程度，即定义安全系数为岩土体的实际抗剪强度与临界破坏时的折减后剪切强度
裂。由航测资料推断，该断裂延长２０ｋｍ，在矿区内推断最大落差为３００ｍ。由于断层位于矿田边界，其断裂破碎带对边坡稳定性有一定影响。
ｓｉｍｕｌａｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｎｇｏｔｈｅｔｓｌｏｐｅｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒｏｆｅｎｄｓｌｏｐｅｉｎｔｈｅｓｉｘｈｔｙｅａｒａｆｔｅｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｄｅｃｉｓｉｏｎｓｕｐｐｏｔｒｏｒｆｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｓｌｏｐｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｌｏｅ．ｐ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄＯｉｌｔｈｅｓｕｒｖｅｙｏｆａｎｏｐｅｎｃｓｔａｍｉｎｅ，ｗｉｔｈｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｒｅｌａｔｅｄｄａｔａ，ＦＬＡＣ３Ｄｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ

FLAC~(3D)在滑坡稳定性分析及整治工程中的应用

ｓｈｅｓｆａｉｌ．ｃｍｅｊｅｓｂｅ
Ｋｅｒｓｌｎｓｉｅｓａｉｔ；ｒｓｄａｌｉｇｆｒｅｎｉｓｉｅｐｌｙｗｏｄａｄｌｔｂｌｙｅｉｕｓｉｎｏｃ；ａｔｌｉｄｉｌｄ — ｄｅ；ｎｍｅｃａｃａｉｎｕｒａｃｕｔｉｌｌｌｏ
ｏｉｇｅｒＷｐｌｓｉｐｔｆｒｒｆｓｎｌＯｉｓｕｏｗａｄ，ａｔｒｑａｔａｉｅｃｍｐｒｏｆｔｅｄｆｒｔｎｆａｕｅｆｌｎｓｉｅａｒ —ｎｏｔｅｆｕｎｉｔｏａｓｎｏｈｅｏｍａｉｅｔｒｓｏａｄｌｐｅａｄｐｓｅｔｖｉｏｄｔｓｒｎｈｎｎｅｏｓａｄｆｒｅｃｎｉｏｓｏｔ—ｌｅｓｒｃｕｅｔｒｕｈｎｍｅｉａｉｌｔｎ，ｉｓｏｈｔｈｅｎｏｃｎｔｇｅｉｇｐｒｄｎｏｃｏｄｔｎｆｉｓｄｔｔｒｏｇｕｒｃｓｍｕａｉｅｔｉｉｎａｉｕｈｌｏｔｈｗｓｔａｅｒｉｆｒｉｇｔ
ｆｃｎｅｄｆｒｎｃｎｉｏｓｓｃｃｌｅ，ＳｉｃｎｇｉｅｔｅｅｉｆａｄｌｅｏｔｌｒｅｔｈｅｔａｍｎｓｈｍｏｅｕｄｒｉｅｅｔｏｄｔｎａｕａｄＯｔａｕｄｓｎｏｌｎｓｄｎｒｏｃ，Ｔｅｔｅｔｃｅｅｒｉｉｌｔｈｄｇｉｃｏｐｊｒ
近年来随着计算机技术的迅速发展，用数值模拟利计算方法研究岩土体变形破坏机制成为重要研究方向，值模拟方法具有成本低、度快、活性大数速灵

FLAC3D在边坡稳定分析中的应用

Q, QSdA
其中 cc = Kc, Uc =
arctan
tanU 。 K
通过逐步调整系数, 得到不同的 cc、Uc, 代
入 FLAC3D反复迭代计算, 直至坡体达到临界状
态, 坡体达到临界状态的 K 值即为边坡安全系数 [ 3] 。在莫尔 ) 库伦屈服准则下解得不收敛作
为破坏标准。
212 屈服准则
) 41 )
312 模拟结果分析 1) 通过最后的计算结果可知, 此边坡的安
全系数是 1135 (图 2), 是偏于安全的。 2) 从图 3可知, 在自重应力的作用下, 边
坡底部产生的应力最大。图 4是主应力分布的等值线图。可以看出, 主应力近似与坡面平行, 且随着深度的增加, 主应力越来越大。
3) 从图 5看出, 在自重应力的作用下, 边
App lica tion of FLAC 3D in Stab ility Ana lysis of Slop e
W ang Xue- zh,i Zha i Cheng, Bi Zhong, Zhu Chao- yan
Abstr act: W hen lim it equ ilibr ium m ethod was used to analyze the stab ility of slope, the deform ation prob lem of slope analysis cou ld not be resolved. The strength reduct ion method in the FLAC3D was used to numerica l simulate a soil slope. By the numerical simu lating, the safety factorof slope, variab le law of soil. s stress field and d isplacement field were gotten, and then position of the maximum displacement was reached. It was indica ted that FLAC3D has some advantage on the stab ility ana lysis of slope. K ey w ord s: FLAC3D; strength reduction m ethod; sa fety factor; stability analysis of slope

用FLAC-3D进行土质高边坡稳定性分析

成，位移矢量偏转也不大，说明边坡均保持稳定，此时相应的简化毕肖普法计算结果为Ｆｓ＝１．２６５和
１．２０６，说明了模拟结果的合理。在求解的动态观察
过程中，发现形成一些零散的剪切屈服带，但随着求解过程向平衡状态的逼近，又逐渐全部消失，这是由
于在开挖过程中，坡体的应力状态在不断地调整和重新分布，原先由于剪力作用而形成的破坏和裂缝
参考文献(4条) 1.赵明阶;何光春边坡工程处治技术 2003 2.沈珠江计算土力学 1990 3.赵树得土力学 2001 4.陈祖煜土质边坡稳定性分析 2002
本文读者也读过(10条) 1. 严利娥岩质高边坡稳定性评价研究——百色田林洞巴水电站左岸边坡稳定性评价研究[学位论文]2006 2. 李旭东 FLAC3D在边坡稳定性分析中的应用[期刊论文]-中国水运（下半月）2008,8(4) 3. 张利洁.黄正加.雷菁 FLAC-3D在边坡岩体稳定性分析中的应用[会议论文]-2005 4. 张磊.舒继森.彭竹.彭洪阁.陈树召基于极限平衡理论的边坡稳定评价方法[期刊论文]-矿业安全与环保 2008,35(6) 5. 张奇华.杜俊慧.胡进华.ZHANG Qi-hua.DU Jun-hui.HU Jin-hua 某水电站右坝肩边坡岩体稳定性研究[期刊论文 ]-长江科学院院报2006,23(4) 6. 吴忠诚.汤连生.廖志强.刘晓纲.颜波深基坑复合土钉墙支护FLAC-3D模拟及大型现场原位测试研究[会议论文]2006 7. 杨文峰.张明聚.吕琦.王诚浩.Yang Wenfeng.Zhang Mingju.Lv Qi.Wang Chenghao 基于FLAC 3D的土钉支护结构地震稳定性分析[期刊论文]-三峡大学学报（自然科学版）2009,31(5) 8. 陈新泽基于FLAC~(3D)预应力锚拉桩作用机制和加固效果研究[会议论文]-2009 9. 姜国庆.王荣斌超深基坑支护开挖数值模拟研究[期刊论文]-科技资讯2008(28) 10. 谢斌.钟敏.陈广平.Xie Bin.Zhong Min.Chen Guangping 基于AutoCAD与FLAC的边坡稳定性分析[期刊论文]-岩土工程技术2005,19(2)

浅析FLAC3D软件在边坡稳定性分析中的应用

浅析FLAC3D软件在边坡稳定性分析中的应用浅析FLAC3D软件在边坡稳定性分析中的应用摘要：随着科技的进步以及岩土工程的高速发展,分析边坡稳定性的软件或工具也在日益完善,尤其是FLAC3D软件。

本文主要介绍了FLAC3D软件的基本原理、使用步骤等,并举例进一步分析了该软件在实际运用中的方法,从而得知FLAC3D软件在分析边坡的稳定性模拟方面具有很大的优势。

关键词：FLAC3D软件边坡有限元稳定性1、基本概述这些年来由于边坡的稳定性问题而引发的地质灾害,给人类社会带来了极大的痛苦,为避免地质灾害的再次发生,边坡的稳定性研究已经成为地质单位共同关注的对象。

边坡的稳定性受诸多参数的影响,主要有路基中的结构面、夹层、夹层中填充物料等。

目前来看,边坡的稳定性分析方法有很多种,较为方便快捷的是极限平衡分析方法及有限元分析方法,前者方便快捷,后者在解决小变形这一块有较大的优越性,但是这两种分析方法均存在一定的局限性,并不能解决某些大变形方面,而采用FLAC3D软件分析边坡的稳定性可以很好的完成其它方法不能解决的问题。

2、FLAC3D软件2.1 基本原理FLAC3D是Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions的缩写,该软件是由美国Itasca Consulting Group Inc.与明尼苏达大学联合创发的,该软件的基本原理即为拉格朗日有限差分法。

拉格朗日有限差分法结合了力学—数学的具体模型,经过实际考察与分析,便得到边坡稳定性变化的规律。

FLAC3D软件在模拟施工过程以及分析材料的弹塑性、大变形等领域占有很大的优势。

它能够很好的模拟六种不同本构关系的材料的三维力学现象,能够准确的模拟地应力场的变化、边坡或地下工程的施工、混凝土铺设、锚杆定位等。

2.2 与其它有限元法相比FLAC3D软件具有的优势FLAC3D软件与其它有限元相比最大的优势主要在于它能够更方便、准确的解决大变形的问题,以前在遇到大变形问题时通常会用有限元来解决,但这种解决方法相对来说较为繁杂。

基于FLAC3D的边坡稳定性分析与数值模拟

基于FLAC3D的边坡稳定性分析与数值模拟一、简介边坡稳定性分析在工程领域中有着重要的作用。

它涉及到建筑、交通、水利、矿山等各个领域。

对于一个边坡的稳定性分析，既可以通过经验式来求解，也可以使用数值模拟的方法来模拟。

不过经验式的只提供了一种极为近似的方法，它的不精确性会极大影响到工程的稳定性，因此本文将着重讨论与介绍基于FLAC3D的边坡稳定数值模拟。

二、FLAC3D介绍FLAC3D是三维有限差分数值模拟软件，它可以对不同地质结构进行分析，用于工程设计和施工中的不同步骤。

它不同于其他软件在于它的第一原则是保证“力学流变关系与物质本质无关”，也就是说它考虑了岩土材料的物性力学关系，基本上可以表示材料弹性、塑性和损伤行为。

三、FLAC3D边坡稳定性分析建模1.模型建立边坡建模过程中，首先需要进行数据输入。

包括边坡的空间坐标、地层的力学特性、边坡各部分的理论参数以及模拟的初始状态等。

其次，建立边坡的三维模型，并将其导入FLAC3D中，进行有限差分离散化有限元分析。

2.力学特征参数建立模型后，需要输入材料特性参数。

边坡材料类型、岩石力学特性参数、孔隙度等参数必须输入，以及整个模拟的潜在地震活动参数，还需要进行弹性模量、泊松比、拟合合金数量等参数的选取和计算。

3.模拟结果有限差分离散化分析后，在FLAC3D的图形用户界面上显示出边坡的应力、应变、位移、位移梯度、杆升沉和过程时间等参数。

这些参数可以分别被检测和评估，对于模拟结果的评估相当重要。

四、FLAC3D数值模拟的优势与不足1.优势一方面，FLAC3D基于真实岩体力学模型，同时考虑了地震影响对边坡稳定性的影响，模拟结果更加真实可靠。

另一方面，FLAC3D模拟具有可重复、精确、精细的特点，它捕捉到了许多实际难以测量或难以理解的复杂现象。

2.不足FLAC3D模拟过程需要输入大量的实验数据，并且计算量也比较大，所以对计算机的要求较高，模拟过程的时间和稳定性需要保持充分的考虑。

FLAC 3D强度折减理论在边坡稳定分析中的应用

FLAC 3D强度折减理论在边坡稳定分析中的应用季聪;佴磊;马宏;佘小光;刘录君【摘要】FLAC3D是岩土工程中广泛应用的软件.本文主要介绍强度折减理论的基本原理,利用基于强度折减法的FLAC3D软件,对某高速公路K377+ 230 ～ K377+ 520段滑坡体进行数值模拟.计算边坡在自重作用达到初始化平衡状态时,边坡的横向与竖直方向的应力与位移,分析出边坡的破坏机制为牵引式滑坡,通过强度折减理论计算出边坡的稳定系数为0.97,由剪切应变增量云图确定边坡的滑动面.%FLAC 3D is a widely applied software in geotechnical engineering. We mainly introduce the principle of strength reduction theory. Numerical simulation on the K377 + 230 ~ k377 + 520 section of a highway has been made by FLAC 3D sofeware based on strength reduction theory. To calculate the slope lateral and vertical stress and displacement when the slope gets to the initialization equilibrium condition in dead weight function, then to analyze the result that the slope failure mechanism was retrogressive landslide; after that to calculate the slope stability coefficient as 0. 97 through the strength reduction theory, finally to determine the sliding surface by the shear strain increment chart.【期刊名称】《世界地质》【年(卷),期】2013(032)001【总页数】7页(P158-164)【关键词】FLAC3D;强度折减理论;滑动面;稳定系数【作者】季聪;佴磊;马宏;佘小光;刘录君【作者单位】中水东北勘测设计研究有限责任公司,长春130021【正文语种】中文【中图分类】P642.220 引言边坡工程是岩土工程领域的一个分支，其稳定性研究一直是个热点课题。

基于FLAC3D的边坡稳定性分析研究

FLAC3D介绍
2、可以模拟边坡的动态失稳过程，包括微小变形和破裂扩展；
3、适用于大型复杂岩土工程问题，计算速度快，收敛性好；
3、适用于大型复杂岩土工程问题，计算速度快，收敛性好；
4、可以进行真实的地质条件模拟，包括地形、地质构造、节理等。
边坡稳定性分析
边坡稳定性分析
基于FLAC3D的边坡稳定性分析主要步骤如下：
文献综述
有限元法和有限差分法可以解决这个问题，但它们需要对土体进行离散化处理，计算量大，收敛速度慢。
FLAC3D介绍
FLAC3D介绍
FLAC3D是一种专门针对岩土工程问题进行分析的软件，它基于离散元法（DEM），可以模拟三维岩土工程的力学行为。FLAC3D具有以下优点：
FLAC3D介绍
1、可以考虑土体的非线性力学性质，如应变软化、屈服准则等；
边坡稳定性分析
1、建立模型：利用FLAC3D建立边坡模型，考虑地形、地质构造等因素。
边坡稳定性分析
2、参数设置：设定土体的物理力学性质，如密度、弹性模量、黏聚力等。
边坡稳定性分析
3、边界条件：设定模型的边界条件，如底部固定、侧向约束等。
边坡稳定性分析
4、荷载施加：根据实际情况，施加一定的荷载，如自重、外力等。
结果分析
2、边坡的稳定性系数等指标，可以于确定治理措施和优化设计方案。
结果分析
在结果分析过程中，需要以下几个方面：
结果分析
1、破裂面的预测：FLAC3D可以准确预测破裂面的位置和形状，但需要考虑地质条件的复杂性和计算精度的限制；
结果分析
结论
2、通过建立模型、参数设置、边界条件施加和数值模拟等步骤，可以基于 FLAC3D对边坡稳定性进行分析，并得到边坡的位移场、应力场和稳定性系数等指标；

FLAC 3D在地震边坡稳定性分析中的应用

ＡｂｔａｔＴｅｓｂｌｙａａｙｉｏｏｅｗｉＬｓｒｃ：ｈｔｉｔｎｌｓｓｆｌｐｔＦＡＣｉａｔｑａｅｉｉｔｏｕｅｈｓａｅ．ｅｉｕｓｏａｉａｉｓｈ ∞ ｎｅｒｕｋｓｎｒｄｃｄｉｔｉｐｐｒＴｓｅｆｓｃｈｎｈｓｂ
置、位移、速度及加速度向量元，为应力张量，则应变速率张量、旋转速率张量可表示为：（），，２ ∞ ）当施加载荷时，产（广，２单元结点的运动方程可表示为：ｑｐｄ／ｔ其中Ｐ为介质密度，ｒ＋＝Ｏ￣ｂｐｖｄ，ｂ为体力
密度，本构方程可表示为：＝（，，），＝，，，］ｋ（ｋｌ２３其中是应力速率张量，是给定函数表达式，）旧
பைடு நூலகம்
论了利用ＦＡＣＬ如进行边坡地震动力分析时如何设置边界条件、质体阻尼的选取、震波的时地地程转化和输入．此基础上，据边坡地震荷载作用下的边坡位移变形和塑性区域的贯通情况对在依
边坡稳定性进行了分析．
合所有流体质点运动参数的变化，到整个流体的运动规律．格朗日法移植到固体力学中，所研究得把拉把的区域划分成空间网格，结点就相当于流体的质点，ｘ、及ｄ／ｔ＝，，）别为结点的空间位其设ｉｖｄ（ｉ１２３分
ｔｅｏｆｄｎｍｉｎｌｓｉＬ，ｏｎａｙｃｎｉｏｓｙａｃｗｖａｓｒｍｄｌａ，ｄｄｐｎｒｈｒｙｏｙａｃａａｙｉｗｔＦＡＣＤｕｄｒｏｄｔｎ，ｄｍｉａｅｔｎｆｓｈｂｉｎｒｏａｏｄａａｉｇｆｎｎｍｏｇｏｏｉａｏｙａｅｄｓｕｓｄ．ｈｔｉｔｆｌｐａｔｑａｅｉｅｔｔｄｂｓｄｏｅｄｓｌｃｍｅｔｄｐａ — ｅｌｇｃｌｄｒｉｃｓｅＴｅｓａｌｙｏｏｅｉｅｒｈｕｋｓｍａｅａｅｎｔｉｐａｅｎｌｓｂｂｉｓｎｓｉｈｎａｔｉｔｒｏｒａｔａｓｘｏｉＬ３．ｉｄｓｏｔｎａｅｎｆｉｎｗｔＦＡＣＤｃｉｒｉｈＫｅｒｓＦＡＣｅｒｈｕｋ；ａｙｉｏｏｅｓａｉｔ；ｕｒｃｌａｕｉｌｔｎｙｗｏｄ：Ｌ ∞；ａｔｑａｅａｌｓｓｆｌｐｔｌｙｎｍｅｉａｖｌｅｓｍｕａｉｎｓｂｉｏ

极限平衡法与FLAC3D在滑坡稳定性分析中的应用

第 10 卷 2010 年
第 10 期 10 月
中国水运 China Water Transport
Vol.10 October
No.10 2010
极限平衡法与 FLAC3D 在滑坡稳定性分析中的应用
周
摘
亮，王
1
刚，吕涛
2
1
（1 重庆交通大学河海学院，重庆 400074；2 三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌 443002）要：利用极限平衡法和 FLAC3D 对凉水井滑坡稳定性进行了分析。对比两种方法求得的稳定性系数，结果表明，
凉水井滑坡稳定性分析成果表
系数 Fs 1.02 0.98 0.99 1.02 0.98 1.00 系数 Fs 1.07 1.02 1.03 1.05 1.02 1.02 系数 Fs 1.02 0.98 0.98 1.01 0.96 0.97 定系数 Fs 1.13 1.11 1.10 1.09 1.06 1.08
两者所计算的安全系数大体相当，只是所考虑的因素有所不同而已；在计算时，FLAC3D 考虑了岩体的应力应变关系，然而极限平衡法紧跟当前的设计技术。因此，在边坡的稳定性计算时有必要把两者的分析成果综合起来，得出可能不利的情况，以供设计、检测与施工人员参考，达到对其有效治理的效果。关键词：极限平衡法；FLAC3D；稳定性分析；滑坡中图分类号：P642.22 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2010）10-0194-03 进行计算。凉水井滑坡采用传递系数法，忽略各计算单元土体两侧面的剪切力，并假定各单元滑坡推力的作用方向平行于相应单元段的滑面，力作用点位于两单元段分界面的中点，计算模型图如图 1 所示：
地增加折减系数，反复计算，直至其达到临界破坏，此时得到的折减系数即为稳定安全系数 Fs 。

用FLAC～3D软件分析高速公路边坡的稳定性

系数为11054。

(2)受力分析。

图3所示为平行线路的高边坡滑体最低部一条块的受力分析示意图与力多边形。

(3)可靠性分析。

根据所给定参数的标准偏差值(S 1D )对滑面的稳定性系数进行了破坏概率分析,由图4可以得出高边坡的破坏失稳概率为80%左右(F s ≤1120)。

4　结语太平湖大桥铜陵端由拱座基坑开挖引起的高边坡是顺倾结构边坡,经过破坏模式分析和稳定性计算,评判为欠稳定边坡,破坏失稳概率为80%左右(F s ≤1120),故需对高边坡进行加固处理。

参考文献[1]徐邦栋1滑坡分析与防治1北京:中国铁道出版社,20011[2]蒋建平,等1优势结构面理论在岩土工程中的应用1工程地质学报,2000,8(4):438～4411[3]The sl ope /w document .GEO -S LOPE I nternati onal L td .2000收稿日期:2005-01-113西南交通大学峨眉校区科技基金资助项目:05D13021尹紫红,男,副教授。

用F LAC 3D软件分析高速公路边坡的稳定性3 尹紫红周志林　姚令侃(西南交通大学峨眉校区　四川峨眉　614202)(西南交通大学土木学院)摘　要　F LAC 3D 是一个先进的岩土计算软件。

介绍F LAC 3D的基本原理及其使用方法,并对西(西昌)攀(攀枝花)高速公路K158+400～+580边坡开挖过程中应力、位移和稳定性进行分析。

通过计算结果,对边坡工程设计和防治提供了依据和指导意见。

关键词　F LAC 3D　位移变形　应力变形　稳定分析1　前言西攀高速公路K158+400～+580边坡位于四川盐边县新民村豆芽菁冲沟右侧,边坡高20m ,属中山区斜坡剥蚀地貌,台阶斜坡地形,倾向东南,坡度较平缓,坡角约30°。

场地揭露地层由新至老为:耕填土、低液限粘土、昔格达组粉砂岩夹薄层泥岩、泥岩夹粉砂岩。

边坡紧靠豆芽菁冲沟,枯水季节沟内无水,雨季汇水最深112m 。

FLAC_3D_在岩质边坡稳定性分析中的应用

F LAC3D在岩质边坡稳定性分析中的应用张玉灯(三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室　湖北宜昌　443002)摘　要　介绍了F LAC3D的基本原理和使用步骤。

根据AD I N A建立的某工程边坡三维模型,采用JAVA语言编写了AD I N A-FLAC3D的接口程序,实现FLAC3D快速建模,并用FLAC3D分析了边坡的稳定性。

经计算,开挖后,安全系数有所降低,但整体上趋于稳定。

与AD I N A的计算结果对比表明:两种软件在计算上取得了较为一致的结果,用于分析时可互为补充。

关键词　边坡稳定性　岩质边坡　FLAC3D　AD I N A　结果对比1　引言FLAC3D特别适合解决非线性问题和大变形问题[1],[2],它在边坡的稳定性数值模拟分析中越来越得到重视。

同时AD I N A由于具有强大的非线性运算能力和多种适合于岩土的材料模型,在岩土工程中早就得到广泛应用,这两种软件各自具有不同的优点,因此两者的联合运用,将有利于扩大解决问题的领域和效率。

2　基本原理及使用步骤FLAC3D基本原理是拉格朗日差分法[2]。

有限差分法可在每一步重新生成有限差分方程。

不需构造总刚度矩阵,对大变形模式每次循环都更新坐标,将位移增量累计到坐标系中。

因此,网格与其所代表的材料都发生移动和变形。

而对于欧拉方程,材料运动及其变形都是相对于固定的网格的,这种更新坐标的方法,就是“拉格朗日方法”。

拉格朗日法是一种利用拖带坐标系分析大变形问题的数值方法,并利用差分格式按时步积分求解,随着构形的不断变化,不断更新坐标,允许介质有较大的变形[1]。

对于某一结点而言,在每一时刻它受到来自其周围区域合力的影响。

如合力不等于零,结点就具有失稳力而产生运动。

假定结点上集中有连接该结点的质量,在失稳力作用下,结点就产生加速度,进而可在一个时步中求得速度和位移的增量。

对于每一个区域而言,可根据其周围结点的运动速度求得它的应变率,根据材料的本构关系求得应力的增量。

FLAC3D在边坡稳定性分析中的应用

FLAC3D在边坡稳定性分析中的应用刘文进【摘要】本文利用FLAC软件对边坡进行模拟,通过有限元分析和后处理可很快找出滑裂面,将安全系数直接求出,另外可以考虑边坡渐进破坏过程和变形对稳定的影响.在模拟计算过程中采用FISH语言对FLAC3D强度折减法进行二次开发,从而提高计算速度.【期刊名称】《世界有色金属》【年(卷),期】2017(000)021【总页数】2页(P18-19)【关键词】边坡稳定性;FLAC3D;数值模拟【作者】刘文进【作者单位】华北有色工程勘察院有限公司,河北石家庄050021【正文语种】中文【中图分类】P642.2FLAC3D实施强度折减时，计算速度较慢，因此，采用FISH语言对FLAC3D强度折减法进行二次开发，使用户能够自定义折减系数的上下限以及计算精度，从而提高计算速度[1]。

强度折减法就是通过不断的调整土体的强度指标C、φ,见下式：然后通过有限元对边坡进行分析，计算至临界破坏，此时系数Ftrial即是安全系数。

通过此种方法能很快找出滑裂面，并将安全系数直接求出，同时可以考虑了边坡渐进破坏过程和变形对稳定性的影响[2]。

1 FLAC3D在某边坡稳定性计算中的应用1.1 工程概况某边坡为土质边坡，坡高度为12米，坡面倾角75°，计算工况为：工况一：自重；工况二：自重+强降雨。

该边坡岩土体力学参数见下表：表1 岩土层代号1.2 边坡模型建立取坡脚到左侧边界距离为20m,坡顶到右侧边界距离为65m，坡脚向下边界延伸一个坡高距离20m，边界条件为下部固定，左右两侧水平约束，上部为自由边界。

1.3 计算结果FLAC3D计算边坡稳定性结果见图1～4：图1 塑性区显示区域(工况一）图2 剪应变增量云图（工况一）计算所得工况一条件下边坡滑动安全系数为1.091，处于基本稳定状态，理正软件计算工况一条件下边坡滑动安全系数为1.007，两者结果相近。

图3 塑性区显示区域(工况二)图4 剪应变增量云图（工况二）计算所得在工况二条件下边坡滑动安全系数为0.991，边坡处于不稳定状态，理正软件计算工况一条件下边坡滑动安全系数为0.975，两者结论一致[3]。

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FLAC 3D 在边坡稳定性分析中的应用魏继红　吴继敏　孙少锐(河海大学土木工程学院　南京市　210098)提要　采用F LAC 3D 研究某边坡的大变形破坏,模拟了边坡天然情况下的应力状态,分析了边坡分步开挖对边坡稳定性的影响,然后根据计算的结果对边坡采取了一定的加固措施,对加固后的边坡应力、应变状态进行分析,得出边坡基本处于稳定状态,分析表明,F LAC 3D 在解决边坡的大变形模拟方面的优势是有限元无法比拟的。

关键词　大变形分析　边坡　有限元　稳定性Application of FLAC 3D in Stability Analysis of SlopeWei Jihong Wu Jimin Sun Shaorui (C ollege of Civil Engineering ,H ohai University )Abstract S ome slope is studied by use of the program F LAC 3D .The stress state for the initial slope is simu 2lated.The effect of step excavation to the slope is analyzed.According to the result ,s ome measures are taken to im prove the stability of slope.A fter that ,the stress and the strain of rein forced slope is analyzed.The result shows the slope is stability.By contrast to the finite element method ,it is g ood to s olve the large scale deforma 2tion of the slope for the program F LAC 3D .K eyw ords large scale deformation analysis ;slope ;finite element method ;stability作者简介:魏继红,女,1976年生,博士研究生,主要从事岩质边坡及地下洞室稳定性方面的研究。

收稿日期:2004-06-251　概述边坡的稳定性主要受岩体中结构面、夹层、夹层中充填物的物理力学参数控制,目前边坡的稳定性分析方法有很多种,最常规的是极限平衡分析法,其特点是方便快捷,很多工程单位都采用该方法来计算、设计。

极限平衡分析法不能解决分析边坡应力和应变的问题。

到后来出现有限元分析边坡的稳定性,有限元在解决小变形方面有其优越性,但通常的边坡破坏为大变形问题,有限元在解决大变形方面不十分方便,因此本文采用F LAC 3D 来分析边坡的大变形问题。

当然参数也是决定边坡稳定性分析结果的重要依据,正确分析或评价岩体边坡的稳定性首先要查明相关的地质资料。

2　计算理论211　概述F LAC 3D 是由美国Itasca C onsultingG roup lnc 开发的三维显式有限差分法程序,它可以模拟岩土或其它材料的三维力学行为。

F LAC 3D 软件的基本原理是拉格朗日差分法。

拉格朗日元法是一种利用拖带坐标系分析大变形问题的数值方法,并利用差分格式按时步积分求解。

随着构形的不断变化,不断更新坐标,允许介质有较大的变形。

模型经过网格划分,物理网格映射成数学网格,数学网格上的某个结点就与物理网格上相应的结点坐标相对应。

对于某一个结点而言,在每一时刻它受到来自其周围区域合力的影响。

如果合力不等于零,结点就具有了失稳力,就要产生运动。

假定结点上集中有连接该结点的质量,于是,在失稳力的作用下,根据牛顿定律,结点就要产生加速度,进而可以在一个时步中求得速度和位移的增量。

对于每一个区域而言,可以根据其周围结点的运动速度求得它的应变率,然后根据材料的本构关系求得应力的增量。

由应力增量求出t 和t +Δt 时刻各个结点的不平衡力和各个结点在t +Δt 时的加速度。

对加速度进行积分,即可得结点新的位移值,由此可以求得各结点新的坐标值[1～3]。

212　F LAC 3D 使用步骤从F LAC 3D 进行实际工程分析计算过程可看出,生成网格、确定边界条件、赋予材料的物理力学参数及计算是在F LAC 3D 中进行的。

F LAC 3D 程序含有一个三维网格生成器,只要输入各网格点的坐标,系统会按照设定的形态生成网格。

为了模拟实际工程材料及岩土材料,F LAC 3D 程序提供了十种材料模型:一个NU LL 模型,该模型可用于模拟开挖等;三个弹性模型,分别模拟各向同性、横观各向同性、各向异性弹性材料;六个塑性模型(如摩尔-库仑准则,D -P 准则等)。

针对岩体工程中经常遇到的断层、节理等结构面,程序提供了一种界面或滑动面模型。

F LAC 3D 程序还提供了结构元素(例如锚杆、锚索、桩等)来模拟边坡加固,可以很方便地评价支护效果[4～7]。

3　工程实例本研究建模及网格剖分是利用有限元分析软件ANSY S 进行的,通过ANSY S 建模并剖分后输出节点及单元的信息,利用自行编制的程序将单元信息、节点坐标值读入F LAC 3D 中进行计算。

311　工程概况工程区位于某广场东侧,沿路拟建地下停车场,地板标高+0100～+1100m (统一高程),在地下停车场与山体交接部位的高边坡上,拟建设人工瀑布。

地下停车场对原山体切坡后,形成了高约60m 的整体边坡,局部边坡高35m 左右。

山体原整体坡角16°～24°。

在地下停车场施工开挖基坑时,对工程区西南部山体进行人工切坡,并进行了临时支护措施。

根据地质调查,现场钻探坑探、物探、原位测试及室内岩土试验成果,坡体钻探范围内的第四系覆盖层115～916m ,为粘性土和残积土,其下为侏罗系象山群(J1-2)的石英砂岩～砾岩和燕山群的侵入岩体闪长玢岩,下覆岩体上部节理裂隙比较发育,下部岩体相对完整,但岩体下部的侵入体力学性质较差。

312　计算参数的确定根据所提供的土工试验成果及岩土试验成果,经综合分析,确定边坡岩土体的力学参数如表1所示。

表1　物理力学指标重度γ/(kN ・m -3)变形模量/MPa 泊松比μ有效凝聚力c ′/kPa有效内摩擦角φ/(°)抗拉强度/MPa 粘土、素填土191361330135361614170侵入体191451100134241713170砂砾岩271011830115500103010612钢绞线118×1050115172010混凝土(C30)2410310×10401162000104510112313　空间分析计算范围是以需研究的边坡为中心,平面上X向宽度为1321228m ,Y 向宽度为1301000m ,顶面以原始地面及开挖面为界,底面取高程-501000m 。

根据工程要求、开挖情况、现场踏勘以及相应的工程地质条件,边坡的三维地质模型见图1所示。

图1　计算模型该模型为ANSY S 模型,将剖分好的模型转到F LAC 3D 中计算。

边坡分两步开挖,开挖后及时采用预应力锚索进行加固,锚索长度17～20m 不等。

边坡共分两次开挖,第一次开挖后边坡岩土体第三主应力最大值1153MPa ,位于滑坡底面;第二主应力最大值为1195MPa ,第一主应力最大值4174MPa ,主要受重力控制。

边坡岩土体顺坡向位移(Y 方向)主要由剪应力和重力共同作用引起,最大值32cm ,位于边坡岩土体中部,方向为Y 轴的负方向,即指向坡外向坡角滑动,位移分层现象也出现在开挖卸荷部分。

第一次开挖的顺坡向位移见图2。

第二次开挖边坡岩土体第三主应力最大值1145MPa ,位于滑坡的底面;第二主应力最大值为1194MPa ;第一主应力最大值6111MPa 。

边坡岩土体顺坡向的位移(Y 方向)最大值157cm ,位于边坡岩土体的中部,方向为Y 轴的负方向,即指向坡外向坡角滑动,位移分层现象由坡体中部向四周非常明显。

由以上可见,第二次开挖后位移比第一次开挖明显增加,其中Y 向位移增加125cm ,第二次开挖的位移见图3。

加固后的边坡岩土体第三主应力最大值1147MPa ,位于滑坡的底面;第二主应力最大值为1196MPa ,第一主应力最大值6112MPa 。

边坡岩土体顺坡向的位移(Y 方向)主要由剪应力和重力的共同作用引起,最大值0105cm ,位于边坡岩土体顶部,方向为Y 轴的负方向,坡体其它部分的位移大多在±0102cm 之间,可见加固后坡体的位移已经很小,可以满足工程要求,边坡的位移见图4。

图2　第一次开挖沿坡向的位移图3　第二次开挖沿坡向位移图4　边坡加固后沿坡向的位移4　与常规有限元软件相比的优点F LAC 3D 与有限元相比最大的优点是其可以方便地解决大变形问题,虽然有限元也可以解决大变形问题,但其解决方法比较复杂。

F LAC 3D 采用的是显式有限差分法,在内存较小的计算机上也可进行大规模的计算。

F LAC 3D 具有强大的后处理功能,可以方便输出的图形包括:各个施工期的主应力向量图、各应力分量以及位移的等值线图、锚杆(锚索)以及结构的受力向量图、塑性区范围等。

F LAC 3D 可以模拟多种材料模型。

此外该软件还提供了接触面模型,用户可以用滑动面来模拟断层和节理。

还可以根据实际情况采用某一种模型,在计算范围内定义若干子区域,不同材料赋予不同的参数值,以模拟复杂的地质条件。

F LAC 3D 可通过设定两端的坐标值来设置梁单元和杆单元,从而可以自由地设置混凝土砌衬和锚杆(锚索),且不受网格划分和节点分布的影响,它不仅能模拟常规的锚杆(全长或端部锚固),且能模拟预应力锚杆和锚索,F LAC 3D 还可以计算出锚杆或锚索沿轴向的受力分布。

因此,F LAC 3D 是岩土工程稳定性分析非常有利的工具,与其它有限元软件相比,它不需要对软件进行二次开发,可直接用于岩土分析。

5　结论该边坡是一地质特征比较特殊的高边坡,边坡下部为地质材料比较差的侵入体,这增加了边坡的不稳定性,边坡在开挖以前为稳定状态,边坡的开挖势必会造成坡体的不稳定,因此需要对边坡的原始状态进行模拟,在原始状态的基础上对边坡进行开挖,判断、分析边坡在开挖条件下的稳定性。

通过对滑坡区地质情况进行分析可知,影响滑坡稳定性的主要因素是边坡岩土体下部的侵入体对边坡产生的影响,因此对侵入体的模拟比较重要。

计算结果表明,在自然状态下,计算模型中未出现塑性区,边坡的位移模拟为零,滑坡的稳定性基本可以得到保证,但在开挖状态下,边坡出现失稳滑动的现象。