某公路滑坡的FLAC3D稳定性分析

某公路滑坡的FLAC3D稳定性分析

王景芝1肖红兵2冯博1余倩1赵攀1

1中国华西工程设计建设有限公司四川省成都市610031；2西南科技大学环境与资源学院四川省绵阳市621010

摘要：运用FLAC3D内置强度折减法，对某公路工点滑坡进行稳定分析。从位移云图、剪切应变率和增量云图、塑性区分布图看出，位移和剪切应变从上至下逐渐增大，最大值发生在坡脚位置，滑动面出现在滑体和滑带分界面。计算结果显示，FLAC3D能较好的对滑坡稳定进行分析，具有一定的工程实践意义。

关键词：强度折减法；位移；剪切；塑性

TheFLAC3DAnalysisofYousuoTunLandslide，AhighwaylandslideLine

WANGJINGZHI

（ChinaHuaxiEngineeringDesign&ConstructionCo.，Ltd，ChengduSichuan610031）

Abstract：OnthebasisofapplyingFLAC3Dstrengthreductionmethod，theRoad’sstabilityisanalyzed.Thedisplacementnephogram，shearstrainrateandshearstrainincrementnephogram，plasticitynephogramshowthedisplacementandshearstrainincreasefromuppertolowerontheslidingbody，themaximumappearonthefootofslope，theslidingsurfaceisinterfaceofslidingbodyandslipsoil.Thesoftware’scalculationrevealthelandslidestabilitycouldbeanalyzedinawellwaybyFLAC3D，itismeaningfulincivilengineering.

Keywords：strengthreductionmethod；displacement；shear；plasticity

1引言

自R.W.Clough1965年首次将有限元引入土石坝的稳定分析以来，数值模拟技术在岩土工程领域获得巨大进步，而FLAC3D（FastLagrangianAnalysisofContinua）作为其中杰出代表，在国际岩土工程学术界享有盛誉。它具有以下使用特征：

（1）人机交互和命令驱动模式：根据用户、工况需要，自由选择输入方式。

（2）专一性：内置12个本构模型和5种计算模式，可以模拟复杂的工程力学行为。

（3）开放性：用户自主调试模型参数，利用FISH语言自定义函数或变量，与C++程序语言兼容等。

相比于其他有限元软件，FLAC3D计算具有明显优点：

（1）采用“混合离散法”（MartiandCundall，1982）模拟材料塑性破坏和塑性流动，与常规有限元方法中，采用“离散集成法”更准确、合理。

（2）始终采取动态运动方程进行求解计算，物理模型的运算过程保持稳定。

（3）采用显式差分法求解微分方程。非线性本构关系和线性本构关系没有算法上的差别，根据已知应变增量，方便求解应力增量、不平衡力并跟踪系统演化过程。同时，显式差分法不形成刚度矩阵，每一时步所需内存小，使用较少内存可以模拟大量单元，适合微机操作。

2工点概况

川西北地区公路路地形地质条件复杂，地震烈度高，滑坡、岩堆等不良地质发育，受地形地质及综合选线等条件的影响，有相当数量的桥梁墩台位于滑坡、岩堆等不良地质体及高陡自然边坡上。从设计情况来看，上述桥梁墩台所处边坡陡峻，斜坡在40度以上，高差50～400m，边坡岩土体类型多样，表层覆土厚薄不一。桥墩工点地层主要由上覆的粉质粘土、细角砾土及深层的W3炭质板岩夹砂岩构成。根据前期资料表明：潜在滑坡面为粉质粘土层及细角砾土层的交界面。滑体的尺寸为：长94m、高54m，土层主要参数指标如下表所示：

表1土层物理参数

2.1建立几何模型

根据现有的地质剖面图，对工点进行网格划分。首先确定模型范围，模型范围太大，耗费计算机能源，模型范围太小，计算结果失真。同时，滑坡模型需要有一定的延伸，以便对周围情况进行观察，基岩底部也需进行加厚处理。根据这一原则，模型滑坡的长×宽×高=194m×60m×54m。土层属性定义同表1，采用摩尔-库伦屈服准则和强度折减法分析边坡稳定性。模型如下图所示（青色和粉红色为抗滑桩，褐色为桥墩）：

图1桥台模型

2.2设置边界条件

由于所分析的滑坡模型仅为实际工点的一部分，因此需对滑坡周围施加必要约束条件。对基岩底部的x，y，z方向分别设置方向约束，固定相应速度；对于x=0，144处，固定x方向速度；对于y=0，60处，固定y方向速度。在施加重力加速度以后，先计算弹性本构模型，待其稳定后，采用摩尔本构模型进行关联流动法则求解。

2.3输出结果分析

运行FLAC3D软件，安全系数显示为0.9，滑坡已经失稳破坏。由此得到位移云图、剪切应变率云图、剪切应变增量云图、塑性区分布图。从图2可以看出，滑坡位移主要发生在滑体部分，从上至下呈增大趋势，并在坡趾出现最大位移105mm。图3显示滑体内部剪切应变主要分布在滑体和滑带界面周围，最大剪切应变率为8.2619×10-4，出现在坡趾的滑坡剪出口处。图4显示剪切应变增量最大值与图3的剪切应变率最大值出现在同一部位，并且在坡脚出现剪切应变集中。从图5的塑性区分布可以看出，产生土体屈服区域的单元主要分布在主滑坡的滑体和滑带上。其中过去发生过拉伸屈服的单元主要集中在滑带部分，滑体部分同时存在shear-past，shear-now，tension-past，tension-now等几个状态，褐色部分占滑体大部，结果显示中下部滑体大部分处于剪切屈服状态。从FLAC3D分析结果可以看出，整个滑坡分析过程基本符合现场工况，具有一定的可靠度。

3结论

本文利用FLAC3D内置强度折减法，对工点滑坡进行稳定性分析，得到以下结论：

（1）工点FLAC3D数值模拟分析结工况基本一致，能较好的模拟滑坡失稳工况。

（2）运用强度折减法分析滑坡可以得到潜在剪切破坏带，同时安全系数可以直接用于工况理论计算。

（3）模型网格的划分对计算结果影响较大，应尽量满足精度要求。

参考文献：

[1]杨铭键，余贤斌，黎剑华.基于ANSYS与FLAC的边坡稳定性对比分析[J].科学技术与工程，2012，（12）：6241-6244.

[2]钟登华，安娜，李明超.库岸滑坡失稳三维动态模拟与分析研究[J].岩石力学与工程学报，2007，（26）：360-367.

[3]张艳刚.膨胀土边坡稳定性的FLAC分析[D].广西大学，2005.

[4]冯涛，王春雷，张友谊.边坡稳定性分析的FLAC数值模拟法[J].路基工程，2006，6：89-91.

[5]张俊阳，舒继森，郭兵兵，包建民.基于FLAC数值模拟的边坡稳定性分析[J].露天采矿技术，2008，5：1-4.

[6]高永利.基于FLAC3D的井泉滑坡稳定性及防治措施研究[D].辽宁工程技术大学，2008.