浅谈数值模拟软件FLAC3D在某边坡工程中的应用

苏恩华　王胜

摘 要：我国地质条件复杂，常常发生边坡变形破坏。以某边坡工程为例，运用数值模拟软件FLAC3D对该边坡的应力场规律性进行了数值模拟分析，并且对边坡的破坏形式进行了分析。研究结果表明，该边坡并未出现明显的拉应力区，总体基本上以压应力为主，也就是说该边坡若发生破坏，是以“压-剪”破坏模式为主。

关键词：边坡 数值模拟 软件FLAC3D 应力场

中图分类号：P5.TP31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0092-02

我国地质条件复杂，常常发生边坡变形破坏，国家每年需花费大量资金进行边坡治理。边坡通常会发生变形和滑坡破坏二种。斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面所发生的滑移现象，称为滑坡[1]。滑坡的主要作用原理是滑动带（简称滑带）或某一滑移面上的剪应力超过了滑带或滑移面的抗剪强度所致。对边坡破坏形式认识和稳定性分析，对于边坡的治理有着积极意义。在边坡稳定性分析方法中，经常用到的有剩余推力法、极限平衡法和概率法等，这些方法已经在边坡的稳定性分析得到了广泛应用[2-3]。由于上述的每种方法都有一定的局限性，约束条件和假设条件较多，有时候会给较带来较大偏差。数值模拟方法的出现，由于其准确率高，能预测边坡的变形破坏形式，因而在边坡工程中得到了广泛应用，因而常常为边坡工程分析提供科学的理论依据[4]。

1 滑坡的数值模拟分析

某边坡工程，岩土结构特征上部覆盖层主要由残坡积体分布，下伏为基岩。覆盖层主要由残、坡积堆积层组成，其成分为碎石土及粘土夹碎石，呈中密至密实状态，厚约4.5～11.0m，下层基岩为强化砂岩。此边坡工程位于降雨充沛地区，降雨使得此边坡覆盖层的土质强度降低，使得边坡容易发生变形和滑坡破坏。为了治理该边坡，对该边坡的风化基岩进行了灌浆处理。为了对该边坡工程的稳定性进行预测和分析，从现场采取岩土样进行室内试验，室内试验以岩土相关试验规范标准执行。岩土样的取值根据相关《岩土工程勘察规范》，结合现行边坡工程的经验取值而得。其边坡体的物理力学参数如下：上层土的天然容重1.823g/cm3，粘聚力为33kPa，内摩擦角12°，下层风化砂岩的密度为2.72 g/cm3，粘聚力为90kPa，内摩擦角28°，抗拉强度0.08 kPa，剪胀角为25°。该边坡工程是否具有稳定性以及为了预测今后的发展变形，该文运用模拟软件FLAC对该边坡进行了边坡稳定性分析。

该边坡工程地质的模型，其边坡设计的计算模型如图1所示，边坡单元划分为8个单元。选取的坐标系x轴为与边坡坡面走向垂直作为横坐标轴，以边坡坡面走向的平行方向指向作为纵坐标y轴，铅垂方向为z轴。同时，结合该边坡工程实际情况，计算模型沿边坡的x轴方向宽度值为245m，沿边坡y轴方向的走向长度为365m，z向边坡底部高程为1 880m。运用数值模拟软件FLAC3D计算时，将边坡坡面设为自由边界，模型底部设为固定约束边界，模型四周设为单向边界。在初始条件中，不考虑构造应力，仅考虑自重应力产生的初始应力场和水压力。按照以上的约束条件，进行Mohr-Coulomb模型为本构模型的弹塑性对该边坡工程的应力场规律分析，从而分析边坡破坏的形式。

根据FLAC软件进行数值模拟分析，分别得到图2和图3，分别为该边坡的第一主应力σ1和第三主应力σ3云图。需要说明的是，数值模拟FLAC3D软件中，以拉应力为正，压应力为负，因此以绝对值的大小判定第一主应力σ1和第三主应力σ3。从图2和图3边坡主应力云图来看，边坡并未出现明显的拉应力区，总体基本上以压应力为主，也就是说该边坡若发生破坏，是以“压-剪”破坏模式为主，不会以“拉-剪”破坏模式为主。

2 结语

采用数值模拟软件FLAC3D对边坡工程的应力场规律进行分析，分析该边坡的破坏形式。从该边坡的第一主应力σ1和第三主应力σ3云图进行综合以上位移分析，该边坡未出现明显的拉应力区，总体基本上以压应力为主，即该边坡若发生破坏，是以“压-剪”破坏模式为主。运用数值模拟来对边坡进行应力场分析，可以减少手工计算的工程量，并且能有利于工程的判断和预测。

参考文献

[1] 李智毅，王智济，杨裕云.工程地质学基础[M].武汉：中国地质大学出版社，1990.

[2] 时卫民，郑颖人，唐伯明.滑坡稳定性评价方法的探讨[J].岩土力学，2003，24（4）：545-552.

[3] 郑静.滑坡稳定性评价的方法及标准[J].中国地质灾害与防治学报，2006，17（3）：53-57.

[4] 唐辉明，晏鄂川，胡新丽.工程地质数值模拟的理论与方法[M].武汉：中国地质大学出版社，2001.