基于FLAC3D數(shù)值模擬求解邊坡安全系數(shù)

劉　豐

（朝陽市公路管理處,遼寧 朝陽 122000）

基于FLAC3D數(shù)值模擬求解邊坡安全系數(shù)

劉豐

（朝陽市公路管理處,遼寧 朝陽 122000）

摘要：本文結(jié)合鶴大高速公路某段路塹邊坡，利用FLAC3D軟件模擬模擬巖土邊坡，求解該邊坡的安全系數(shù)，并將分析結(jié)果與簡化畢肖普條分法分析結(jié)果進行比較驗證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用數(shù)值模擬分析可以有效的解決工程復(fù)雜等因素的影響，具有很好的適用性。

關(guān)鍵詞：強度折減法；邊坡安全系數(shù)；FLAC3D

0　引言

在公路的設(shè)計與建設(shè)工程中，巖土邊坡的穩(wěn)定性歷來是巖土工程領(lǐng)域的一個熱點研究課題，也是公路施工以及維護考慮的重點，公路邊坡主要的荷載來源是其自身的重力以及公路的上部的各種荷載，人們通常采用安全系數(shù)來評價其穩(wěn)定性狀態(tài)。安全系數(shù)是以極限平衡法為基礎(chǔ)的一種評價指標，由于其原理簡單、物理意義明確，而成為邊坡穩(wěn)定性分析中的重要、關(guān)鍵指標。

1　強度折減法

強度折減法是在邊坡剛好達到臨界破壞狀態(tài)的時候，對巖土體的抗剪強度進行折減并達到一定的程度[1]。

邊坡的安全系數(shù)通常的定義是研究的巖土體實際抗剪強度與臨界破壞時的折減后剪切強度的比值[3]。強度折減法主要是通過公式（1）和（2）來調(diào)整巖土體的c和。在數(shù)值模擬分析過程中，通過不斷的增加折減系數(shù)，并進行反復(fù)的計算，知道其達到了臨界的破壞，這時的折減系數(shù)就是安全系數(shù)Fs。

2　數(shù)值模擬分析

2.1工程簡介

本文實例分析采用的是鶴大高速公路某段，線位帶自東北向西南展布于長白山山脈南部山區(qū)腹地，地勢總體東北高西南低。研究區(qū)設(shè)計帶屬于濕帶大陸性氣候，四季分明，氣溫變幅較大，降水量隨季節(jié)變化明顯。沿線地層構(gòu)造屬華北地層分區(qū)之遼東分區(qū)，地層以前震旦紀的混合巖、侵入巖和變質(zhì)巖為主，山間河谷及其兩側(cè)上覆第四紀松散土體。主要為上更新沖積層，上部巖性具有二元結(jié)構(gòu)，上部為棕黃色、褐色亞砂土、亞粘土，下部為黃褐色、灰白色砂礫石、礫卵石和漂石層。

2.2模擬網(wǎng)格模型

模擬的邊坡坡高為8m，基底土體厚度為3m，邊坡 H/B = 1/1，坡角距離左邊界2m，坡頂距離至右邊界取10m。在本例的 FLAC 3D分析中，y 方向只采用一個單元寬度（該方向取為0.5m），并對模型中所有節(jié)點的 y 方向速度進行約束，以便等效地進行平面應(yīng)變分析。生成模型如圖1所示。

圖1　FLAC3D網(wǎng)格模型

選取的土層為粘土，物理力學參數(shù)指標如表所示。

粘土物理力學參數(shù)表

2.3安全系數(shù)求解

畢肖普法是分析土質(zhì)邊坡的一種方法，是條分法的一種，該方法在考慮土條的側(cè)面受力的條件下，假定個土條的抗滑安全系數(shù)一定，即整個滑動面的平均安全系數(shù)。實際計算中通常采用總應(yīng)力強度指標，并且不考慮孔隙水壓力，假設(shè)滑動為圓弧滑動，土條之間只有法向力而無切向力，滿足整體力矩平衡，但是不滿足各個土條的力矩平衡條件，簡化后的畢肖普計算公式為：

由圖2安全系數(shù)、剪切應(yīng)變增量云圖及速度矢量圖可知，顏色較深的部位為潛在的滑動面，這個地方產(chǎn)生了貫通的塑性區(qū)和較大的位移。說明了這個區(qū)域附近將發(fā)生較大的滑動破壞，即滑坡。數(shù)值模擬計算安全系數(shù)為1.49；采用簡化畢肖普迭代法，計算所得安全系數(shù)為1.55。兩者安全系數(shù)比較吻合，說明FLAC3D可用于模擬邊坡的模擬分析以及安全系數(shù)的計算。

3　結(jié)論

（1）對于復(fù)雜的邊坡，F(xiàn)LAC3D的強度折減法可以有效的進行計算，方便快捷；

（2）進行數(shù)值模擬計算邊坡系數(shù)的時候，不用假設(shè)土條或者土體之間的相互作用影響，對于處理破面集合條件復(fù)雜，邊界條件特殊等有很好的作用；

（3）通過數(shù)值模擬后，也以直接得到安全系數(shù)以及潛在的滑動面，操作簡單快捷，有廣泛的。

參考文獻：

[1]陳育民,徐鼎平FLACFLAC3D基礎(chǔ)與工程實例（第二版）[M].中國水利水電出版社,2009.

[2]劉春明,基于FLAC數(shù)值模擬分析某公路邊坡穩(wěn)定性[J].低溫建筑技術(shù),2013,（04）.

[3]馬蘋林,朱明,王建華.有限差分法FLAC在邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用[J].國礦山工程,2008（05）.

[4]劉波,韓彥輝.FLAC原理實例與應(yīng)用指南[M].北京：人民交通出版社,2005.