淺談數(shù)值模擬軟件FLAC3D在某邊坡工程中的應(yīng)用

蘇恩華　王勝

摘 要：我國地質(zhì)條件復(fù)雜，常常發(fā)生邊坡變形破壞。以某邊坡工程為例，運用數(shù)值模擬軟件FLAC3D對該邊坡的應(yīng)力場規(guī)律性進行了數(shù)值模擬分析，并且對邊坡的破壞形式進行了分析。研究結(jié)果表明，該邊坡并未出現(xiàn)明顯的拉應(yīng)力區(qū)，總體基本上以壓應(yīng)力為主，也就是說該邊坡若發(fā)生破壞，是以“壓-剪”破壞模式為主。

關(guān)鍵詞：邊坡 數(shù)值模擬 軟件FLAC3D 應(yīng)力場

中圖分類號：P5.TP31 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（b）-0092-02

我國地質(zhì)條件復(fù)雜，常常發(fā)生邊坡變形破壞，國家每年需花費大量資金進行邊坡治理。邊坡通常會發(fā)生變形和滑坡破壞二種。斜坡巖土體沿著貫通的剪切破壞面所發(fā)生的滑移現(xiàn)象，稱為滑坡[1]。滑坡的主要作用原理是滑動帶（簡稱滑帶）或某一滑移面上的剪應(yīng)力超過了滑帶或滑移面的抗剪強度所致。對邊坡破壞形式認(rèn)識和穩(wěn)定性分析，對于邊坡的治理有著積極意義。在邊坡穩(wěn)定性分析方法中，經(jīng)常用到的有剩余推力法、極限平衡法和概率法等，這些方法已經(jīng)在邊坡的穩(wěn)定性分析得到了廣泛應(yīng)用[2-3]。由于上述的每種方法都有一定的局限性，約束條件和假設(shè)條件較多，有時候會給較帶來較大偏差。數(shù)值模擬方法的出現(xiàn)，由于其準(zhǔn)確率高，能預(yù)測邊坡的變形破壞形式，因而在邊坡工程中得到了廣泛應(yīng)用，因而常常為邊坡工程分析提供科學(xué)的理論依據(jù)[4]。

1 滑坡的數(shù)值模擬分析

某邊坡工程，巖土結(jié)構(gòu)特征上部覆蓋層主要由殘坡積體分布，下伏為基巖。覆蓋層主要由殘、坡積堆積層組成，其成分為碎石土及粘土夾碎石，呈中密至密實狀態(tài)，厚約4.5～11.0m，下層基巖為強化砂巖。此邊坡工程位于降雨充沛地區(qū)，降雨使得此邊坡覆蓋層的土質(zhì)強度降低，使得邊坡容易發(fā)生變形和滑坡破壞。為了治理該邊坡，對該邊坡的風(fēng)化基巖進行了灌漿處理。為了對該邊坡工程的穩(wěn)定性進行預(yù)測和分析，從現(xiàn)場采取巖土樣進行室內(nèi)試驗，室內(nèi)試驗以巖土相關(guān)試驗規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。巖土樣的取值根據(jù)相關(guān)《巖土工程勘察規(guī)范》，結(jié)合現(xiàn)行邊坡工程的經(jīng)驗取值而得。其邊坡體的物理力學(xué)參數(shù)如下：上層土的天然容重1.823g/cm3，粘聚力為33kPa，內(nèi)摩擦角12°，下層風(fēng)化砂巖的密度為2.72 g/cm3，粘聚力為90kPa，內(nèi)摩擦角28°，抗拉強度0.08 kPa，剪脹角為25°。該邊坡工程是否具有穩(wěn)定性以及為了預(yù)測今后的發(fā)展變形，該文運用模擬軟件FLAC對該邊坡進行了邊坡穩(wěn)定性分析。

該邊坡工程地質(zhì)的模型，其邊坡設(shè)計的計算模型如圖1所示，邊坡單元劃分為8個單元。選取的坐標(biāo)系x軸為與邊坡坡面走向垂直作為橫坐標(biāo)軸，以邊坡坡面走向的平行方向指向作為縱坐標(biāo)y軸，鉛垂方向為z軸。同時，結(jié)合該邊坡工程實際情況，計算模型沿邊坡的x軸方向?qū)挾戎禐?45m，沿邊坡y軸方向的走向長度為365m，z向邊坡底部高程為1 880m。運用數(shù)值模擬軟件FLAC3D計算時，將邊坡坡面設(shè)為自由邊界，模型底部設(shè)為固定約束邊界，模型四周設(shè)為單向邊界。在初始條件中，不考慮構(gòu)造應(yīng)力，僅考慮自重應(yīng)力產(chǎn)生的初始應(yīng)力場和水壓力。按照以上的約束條件，進行Mohr-Coulomb模型為本構(gòu)模型的彈塑性對該邊坡工程的應(yīng)力場規(guī)律分析，從而分析邊坡破壞的形式。

根據(jù)FLAC軟件進行數(shù)值模擬分析，分別得到圖2和圖3，分別為該邊坡的第一主應(yīng)力σ1和第三主應(yīng)力σ3云圖。需要說明的是，數(shù)值模擬FLAC3D軟件中，以拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)，因此以絕對值的大小判定第一主應(yīng)力σ1和第三主應(yīng)力σ3。從圖2和圖3邊坡主應(yīng)力云圖來看，邊坡并未出現(xiàn)明顯的拉應(yīng)力區(qū)，總體基本上以壓應(yīng)力為主，也就是說該邊坡若發(fā)生破壞，是以“壓-剪”破壞模式為主，不會以“拉-剪”破壞模式為主。

2 結(jié)語

采用數(shù)值模擬軟件FLAC3D對邊坡工程的應(yīng)力場規(guī)律進行分析，分析該邊坡的破壞形式。從該邊坡的第一主應(yīng)力σ1和第三主應(yīng)力σ3云圖進行綜合以上位移分析，該邊坡未出現(xiàn)明顯的拉應(yīng)力區(qū)，總體基本上以壓應(yīng)力為主，即該邊坡若發(fā)生破壞，是以“壓-剪”破壞模式為主。運用數(shù)值模擬來對邊坡進行應(yīng)力場分析，可以減少手工計算的工程量，并且能有利于工程的判斷和預(yù)測。

參考文獻

[1] 李智毅，王智濟，楊裕云.工程地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1990.

[2] 時衛(wèi)民，鄭穎人，唐伯明.滑坡穩(wěn)定性評價方法的探討[J].巖土力學(xué)，2003，24（4）：545-552.

[3] 鄭靜.滑坡穩(wěn)定性評價的方法及標(biāo)準(zhǔn)[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2006，17（3）：53-57.

[4] 唐輝明，晏鄂川，胡新麗.工程地質(zhì)數(shù)值模擬的理論與方法[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2001.