单位文秘网 2021-08-31 09:00:34 点击: 次
【摘要】运用FLAC3D 软件对三峡库区某滑坡在不同库水位工况条件下的稳定性进行了对比分析。通过建立数值计算模型和选取合理的计算参数,模拟出各种工况条件下的水平位移图。并结合强度折减法,评价了滑坡在各种工况下的稳定性,为治理滑坡提供了必要的理论依据。
【关键词】FLAC3D;强度折减法;滑坡;稳定性评价;库水位
引言[1]
FLAC3D 作为岩土工程行业重要的CAE仿真分析软件,在边坡、基坑、隧道及地下洞室等工程中得到了较为广泛的运用,能够全面分析这些结构在各种荷载条件下的受力、变形、稳定性及动力特性。FLAC3D 具备了方便且强大的分析手段,用户可利用FLAC3D在本构模型、结构单元以及组合分析、多场耦合等方面取得全面的解决方案。
本文基于FLAC3D深入的研究了三峡库区某滑坡,对于如何让使用FLAC3D解决学习和实际工作中的问题具有重大借鉴意义。
1.FLAC3D软件的特点[1][2]
FLAC3D 程序计算方法是由美国ITASCA咨询公司根据Cundall等人提出的显示有限差分法而编制的有限差分软件,具有很强的分析功能,主要特点为:
(1)快速拉格朗日求解理论;
FLAC3D为连续介质力学分析提供了极为丰富的本构模型库,材料模型的选用取决于计算模式的不同。
(2)除基本模块所提供的常规分析功能外,还包括若干可选功能模块,包括温度分析、蠕变分析、动力分析和基于C++编译环境的自定义本构模型模块。
(3)针对介质非连续特点(如岩土地质结构面),程序亦提供了界面单元(interface)以模拟沿不连续结构面的滑移或分离响应。
(4)将静力问题当做动力问题来求解,运动方程中惯性项用来作为达到静力平衡的一种手段。
2.强度折减法[2][3]
强度折减法就是用一个折减系数Fs将土体的抗剪强度指标c和进行折减,然后用得到的cF和代替原来的c和,不断的折减,直到边坡破坏,同时获得安全系数Fs。安全系数是法是表达边坡稳定性最直接的计算方法,其表达式为:
有限元强度折减法的优点在于:
(1)考虑了土体的非线性弹塑性本构关系。
(2)能够动态模拟边坡的失稳过程及滑动面形状。
(3)在求解安全系数时,不需要假定滑移面的形状,不需要假定土块间的相互作用力。
3.工程实例[1][2][3]
该滑坡位于重庆市涪陵区白涛镇三门子村十社,滑坡长约1380m,宽700m,滑坡体厚度超过25米,为深层滑坡,滑体接近1000万方,属大型-特大型滑坡。滑坡位于乌江左岸、地貌类型属构造一侵蚀、剥蚀低山丘陵地貌。区内地势总体上呈南西高北东低,坡向北东,地形总体坡角20°。根据现场调查及勘探工程揭露,勘查区出露地层岩性由新至老有第四系全新统(Q4)土层、三叠系上统须家河组(T3xj)砂、页岩互层、三叠系中统雷口坡组(T2l)、下统嘉陵江组(T1j)。地层的具体力学参数见表1。
Table 1 Material Properties of soil and rock
材料类别弹性模量/MP泊松比天然重度/KN·m-3饱和重度/KN·m-3内聚力/KPa内摩擦角/°
滑土体44.80.3519.621.436.614.72
滑带土44.80.3519.62035.213.1
基岩81800.2824.524.629028
使用FLAC3D 软件对滑坡处于150.68m、169.21m、173.61m和183.01m库水位时主滑断面的工况进行模拟,得到其水平位移图(见图1),再结合强度折减法求得各工况的安全系数:库水位为150.68m时,安全系数为1.14;库水位为169.21m时,安全系数为1.08;库水位为173.61m时,安全系数为1.12;库水位为183.01m时,安全系数为1.17。
图 1(a)150.68m库水位时的水平位移图 图 1(b)169.21m库水位时的水平位移图
Fig. 1 (a) X-displacement at water lever 150.68m Fig. 1 (a) X-displacement at water lever 169.21m
图 1(c)173.61m库水位时的水平位移图 图 1(d)183.01m库水位时的水平位移图
Fig. 1 (c) X-displacement at water lever 173.61m Fig. 1 (d) X-displacement at water lever 183.01m
结合图中数据可以得出,滑坡体整体的稳定性随库水位的降低而降低,当水位达到169.21m时出现了最不利水位,水位继续降低,安全系数反而升高。滑体的最大位移分别为5.48cm、5.98cm、5.9cm和4.9cm。造成上述结果的原因是水位的上升所产生的浮托力使抗滑力增大的缘故;从图1可以看出不同水位条件下最危险滑动面的位置,随着库水位的上升,滑动面位置不断加深,塌岸面积不断增大,局部稳定性下降,与之前预测的塌岸线基本一致,说明FLAC3D 软件的分析是可靠的。
4 结论
本文运用FLAC3D 软件对三峡库区某滑坡进行了分析,分别对库水位为150.68m、169.21m、173.61m和183.01m四种工况进行模拟,得到以下结论:
(1)基于强度折减法,计算分析了四种工况的稳定性,得到最不利水位为169.21m;
(2)计算结果表明,库水位对边坡稳定性影响很大,随着水位上升,边坡整体稳定性降低,塌岸面积增大,当达到最不利水位时,整体稳定性最低,随着水位继续上升,整体稳定性反而有所增加。
(3)计算得到的塌岸线与预估塌岸线基本一致。
参考文献:
[1]孙书伟,林杭,任连伟,等. FLAC3D在岩土工程中的应用[M].北京:中国水利水电出版社,2011.
[2]陈育民等. FLAC /FLAC3D基础与工程实例.[M].北京:中国水利水电出版社,2009.
[3]江德飞,何光春. 传递系数法与FLAC 强度折减法比较分析[J]. 重庆交通学院学报,2005,24(1),94-99.
作者简介:
李浩瀚,男,四川人,在读硕士研究生,主要从事地质灾害防治方面的研究。
马德芹,男,山东人,副教授,主要从事地质灾害防治方面的研究。
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