基于FLAC强度折减理论的边坡稳定性研究
FLAC强度折减法在边坡稳定性分析中的应用
第28卷第5期2007年10月华 北 水 利 水 电 学 院 学 报Journal of North China I nstitute of W ater Conservancy and Hydr oelectric PowerVol 128No 15Oct .2007收稿日期:2007-04-30;修订日期:2007-06-10基金项目:华北水利水电学院高层次人才科研启动项目;2005年度河南省高校杰出科研人才创新工程项目(HA I P URT )(2005KYCX015);河南省重点科技攻关计划项目.作者简介:刘娉慧(1977-),女,河南荥阳人,华北水利水电学院讲师,博士,主要从事岩土工程方面的研究.文章编号:1002-5634(2007)05-0052-03F LAC 强度折减法在边坡稳定性分析中的应用刘娉慧1,房后国2,黄志全1,刘 煊2(1.华北水利水电学院,河南郑州450011;2.黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州450003)摘 要:将F LAC 强大的数值计算能力与强度折减技术相结合,以广义剪应变发展与数值计算的不收敛性作为边坡失稳的评价依据,利用F LAC 计算结果的动态显示技术,描绘出了边坡失稳形态,为准确判定边坡的真实受力状态提供可靠的依据.通过对三交坪边坡不同工况下的稳定性分析表明,强度折减所确定的边坡安全系数与传统极限平衡法所得的结果十分接近,滑面的形状及位置也极为相似,因此认为该方法是合理可行的.关键词:强度折减;数值计算;边坡稳定;破坏判断;F LAC 中图分类号:T U457 文献标识码:A1 强度折减法的基本原理目前数值分析方法一般只能得出边坡的应力、位移、塑性区等,无法得到边坡危险滑面以及相应的安全系数.强度折减法将强度折减技术与数值模拟方法相结合,在给定的评判指标下,通过调整折减系数对边坡的稳定性进行分析,求得边坡的最小稳定安全系数.其基本原理是将岩土体强度指标c,φ值同时除以一个折减系数F,得到一组新的c ′,φ′,作为材料新的参数进行数值计算,当边坡岩土体符合给定的临界破坏状态判定条件时,对应的F 称为边坡的最小安全系数[1-4].连续介质快速拉格朗日差分分析方法(F LAC )是用于研究连续介质在达到稳定塑流过程中的机制行为的显式有限差分程序,程序的结果是由特殊的数学模型和专门的数值插值导出的.能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生塑性流动的力学行为,特别适用于分析渐进破坏和失稳及模拟大变形问题.采用强度折减法分析边坡的稳定性是以岩土体弹塑性模型为基础,采用Mohr 2Cou 2l o mb 破坏准则c ′=cF, φ′=arctantan φFf =αFI 1+J 2=kFα=23sinφ23π(9-sin 2φ)k =63c cos φ23π(9-sin 2φ)式中:I 1,J 2分别为应力张量第一不变量和应力偏张量的第二不变量;系数α,k 与岩土材料强度参数c,φ有关.2 边坡失稳破坏判断的定义用数值计算方法求解边坡安全系数时,对于边坡临界失稳或极限平衡状态的评判,目前主要有3类评判方法:①当给定较大的迭代次数内数值计算无法保证其收敛性,表示应力重分布不能满足岩土体的破坏准则和总体平衡要求,边坡破坏和数值不收敛同时发生,伴随着网格节点位移显著增加,则认为边坡处于极限状态;②当边坡内某特征点处的变形随抗剪强度折减系数逐渐增大而突然增大时,则认为边坡达到了临界失稳状态;③当边坡内的塑性区或某一水平的塑性应变从坡址到坡顶相互贯通时,则认为边坡达到了极限状态.通过对比分析发现,①判据在一般情况下较为合适,且数值计算不收敛时一定意味着塑性区贯通或位移发生突变,塑性区贯通只是边坡达到极限平衡的必要条件,而非充分条件,塑性区贯通后需要进一步观察变形或位移的大小,应将特征点位移的突变性和塑性区的相互贯通性两者相结合综合评判边坡的临界极限平衡状态[5-6].采用塑性区开展的情况作为评判岩土体的整体失稳破坏是较合理的.但如何准确的计算塑性应变的大小,并描述出塑性区的发展状况一直是强度折减方法求解边坡最小安全系数的障碍.F LAC 程序较好地解决了这一问题:边坡破坏的特征是某一幅值的广义剪应变从坡角到坡顶上下贯通,此前的折减系数即为边坡的安全系数,广义剪应变不仅含有塑性分量,而且也包括弹性分量,在一定程度上反映了岩土体的剪切破坏状态,物理意义明确.在此结合广义剪应变的发展状况和数值计算的收敛情况,判断边坡失稳破坏.3 三交坪边坡稳定性分析3.1 工程概况永定桥水库位于汉源县境内大渡河左岸支流流沙河上游,水库正常蓄水位为1600.00m ,最大坝高102.00m,坝前壅水83.00m;校核洪水位1601.67m,水库总库容2070万m 3.三交坪蠕滑体的稳定问题是制约永定桥水库建设的重大工程地质问题.三交坪蠕滑体位于坝址上游约800.00m 的流沙河左岸,该蠕滑体顺坡长约1.70k m,沿河宽约1.00k m,后缘高程1750.00m,前缘直达河边(高程约1560.00m ),平面分布面积约1.70k m 2.三交坪蠕滑体的上游侧中前部,于1992年曾出现大量拉裂缝.此后,在坡体中部和前缘常形成一系列的弧形拉裂缝,裂缝宽一般0.01～0.20c m,长数米至数十米不等.边坡中部的裂缝已造成多处房屋开裂变形,院落塌陷.此外,该区内泉点分布较普遍,流量一般均小于2L /s,随季节和后缘跃进堰的过水量及水位等因素变化.这些现象均表明,自1992年以来,坡体局部已经出现变形破坏.该蠕滑体距大坝较近,一旦失稳,不仅将使水库报废,水库变成土石库,而且可能冲毁大坝,危及下游居民的生命及财产安全.因此,非常有必要对该蠕滑体不同工况下的稳定状况、失稳方式等开展深入、系统的研究.3.2 岩土体物理力学参数在充分踏勘调查的基础上,选取了边坡典型地段有代表性的岩土试样,在野外做了现场原位大剪试验和配套的室内物性试验.钻探揭露的岩土体物理力学性质见表1.表1 三交坪边坡岩土体物理力学性质地层编号内摩擦角φ/(°)凝聚力c /kPa 天然密度γw /(k N ・m -3)饱和密度γsat/(k N ・m -3)④碎石土23.02022.322.8③含砾粉质粘土14.01320.321.6②层碎石土23.02022.322.8①含砾粉质粘土13.01520.421.8⑤下卧基岩32.018525.027.0河床砂卵石29.0023.023.8压戗平台填料39.022.024.03.3 模型的建立采用“地质灾害过程模拟与过程控制”的研究思路,把地质过程机制分析与定量评价相结合,构建了三交坪边坡二维典型剖面模型,对边坡的演化过程进行了模拟,对边坡在不同条件下的稳定性进行了充分、系统的研究.计算模型选取三交坪纵2-2、纵3-3剖面,所建模型左右长为1000.00m,左边界高为560.00m ,右边界高为310.00m ,模型左右边界采用X 方向法向约束,底部采用固定端约束,共同构成模型的边界条件,如图1、图2所示.采用M -C 强度准则,先计算坡体的自重应力场,采用强度折减法计算3种工况下的稳定性:①工况1(目前状况);②工况2(目前状况+暴雨);③工况3(目前状况+地震).当计算不再收敛时,各种工况下边坡的广义剪应变如图3～8所示.图1 三交坪边坡纵2-2有限元模型图图2 三交坪边坡纵2-2有限元模型图(局部放大)35第28卷第5期刘娉慧等: F LAC 强度折减法在边坡稳定性分析中的应用 图3 工况1剖面2-2广义剪应变分布图(局部放大)图4 工况2剖面2-2广义剪应变分布图(局部放大)图5 工况3剖面2-2广义剪应变分布图(局部放大)图6 工况1剖面3-3广义剪应变分布图(局部放大)图7 工况2剖面3-3广义剪应变分布图(局部放大)图8 工况3剖面3-3广义剪应变分布图(局部放大)3.4 数值模拟结果及分析数值模拟计算结果见表2,强度折减法求得边坡的安全系数与传统极限平衡法求得的十分接近.表2 三交坪边坡稳定性系数表计算方法剖面2-2剖面3-3工况1工况2工况3工况1工况2工况3强度折减0.9600.9100.7800.9800.9000.790Boshop 法0.9780.9290.7850.9980.9170.799M -P 法0.9830.9340.7901.0110.9240.817计算结果表明:目前状况下(水库未蓄水时),剖面2、剖面3的潜在滑面位于深层含砾粉质粘土层,但只在边坡底部形成局部滑动,整体稳定性较好,上部含砾质粘土层的次计算滑面处于稳定状态,下部含砾质粘土主计算滑面(变形碎裂体基覆界面处)处于临界不稳定状态;在目前状况+暴雨工况下,其滑面有向后延伸趋势,稳定性降低,但没有形成一个整体连通的滑面,可能会发生局部滑动;在目前状况+地震工况下,其滑面有进一步后退趋势,边坡局部和整体都不稳定.计算结果显示:影响边坡稳定性的主要因素是地震、暴雨.因此,为保证边坡稳定,采取工程治理措施是十分必要的.4 结 语将F LAC 强大的数值计算能力与强度折减技术相结合,以广义剪应变发展与数值计算的不收敛性作为边坡失稳的评价依据,形象地描绘出了边坡失稳形态,为准确判定边坡的真实受力状态提供可靠的依据.此方法不但可以较为准确地通过最大剪应变增量和剪应变速率自动地搜索出滑坡潜在滑动面或剪切错动面,还可以通过对系统非平衡力的跟踪和主要部位变形演变过程的分析,判断岩土体的稳定性状况.通过三交坪边坡稳定性分析表明,强度折减所确定的边坡安全系数与传统极限平衡法所得的结果十分接近,滑面的形状及位置也极为相似,因此该方法是合理可行的,尤其当地质条件复杂时,并有支护结构与岩土体相互作用,同时考虑地下水等多种因素时,强度折减法是简便可靠的.参 考 文 献[1]赵尚毅,郑颖人,时卫民,等.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数[J ].岩土工程学报,2002,24(3):343-347.[2]郑颖人,张玉芳,赵尚毅,等.有限元强度折减法在元磨高速公路高边坡工程中的应用[J ].岩石力学与工程学报,2005,24(21):3812-3817.(下转第58页) 采用强度折减法计算该边坡的安全系数为1.07,边坡处于稳定状态.与假设检验结果吻合.4 结 语通过统计分析边坡点安全来判别边坡稳定的假设检验法与强度折减法相比,具有计算简单、应用方便的优点.由于样本点的随机性,所以假设检验的结果也具有不确定性.用假设检验对边坡安全系数进行检验,只能定性的判断边坡的稳定性,并不能给出边坡安全系数的具体数值.参 考 文 献[1]李建林,王乐华,刘杰,等.岩石边坡工程[M].北京:中国水利水电出版社,2006.[2]庄楚强,吴亚森.应用数理统计基础[M].广州:华南理工大学出版社,2002:238-239.[3]吴翊,李永乐,胡庆军.应用数理统计[M].北京:国防科大出版社,1999.[4]郝方,李维维,郭柏威.用ANSYS作边坡稳定分析[J].贵州水力发电,2005,19(2)54-56.Hypothesis Test of the Slope’s Safty Factor and Its Use i n ProjectZ HAO Er2p ing(Civil&Hydraulic I nstitute of Three Gorges University,Yichang443002,China)Abstract:The hypothesis test is adop ted t o test the stability of the sl ope when considering the random icity in analyzing the sl ope’s sta2 bility.It shows that the results are coherent either using the hypothesis test or using the strength reducti on method in the p r oject.Key words:sl ope stability;safty fact or;hypothesis test(上接第54页)[3]迟世春,关立军.基于强度折减的拉格朗日差分方法分析土坡稳定性[J].岩土工程学报,2004,26(1):42 -46.[4]吴明,傅旭东,刘欢.边坡稳定分析中的强度折减法[J].土工基础,2006,20(1):49-52.[5]赵尚毅,郑颖人,张玉芳.极限分析有限元法讲座Ⅱ———有限元强度折减法中边坡失稳的判据探讨[J].岩石力学与工程学报,2005,26(2):332-336.[6]刘金龙,栾茂田,赵少飞,等.关于强度折减有限元方法中边坡失稳判据的探讨[J].岩土力学,2005,26(8): 1345-1348.Appli ca ti on of Strength Reducti on M ethod i n FLAC to Ana lysis of Slope St ab ilityL I U Ping2hui1,F ANG Hou2guo2,HUANG Zhi2quan1,L I U Xuan2(1.North China I nstitute of W ater Conservancy and Hydr oelectric Power,Zhengzhou450011,China;2.Yell ow R iver Engineering Consulting Co.L td.Zhengzhou450003,China)Abstract:The str ong nu merical calculati on ability of F LAC is combined with strength reducti on technol ogy t o seek reliable analytical method of sl ope stability under comp lex geol ogical conditi ons and considering gr ound water and interacting of support structure with r ock mass or s oil mass.Stability analysis of Sanjiaop ing sl ope under diverse work conditi on indicates that the result of strength reducti on method is app r oxi m ate t o classical li m it equilibriu m method.The shape and the positi on of sliding surface are si m ilar.So,the sugges2 ted method is rati onal.Key words:strength reducti on;nu merical calculati on;sl ope stability;failure judg ment;F LAC。
基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析报告
基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析报告学院：土木工程与力学学院专业：结构工程姓名：学号：2016年7月有限元强度折减法研究进展摘要：在边坡稳定性分析中，相比于传统的极限平衡法、极限分析法等，有限元强度折减法具有明显的优势。
这主要体现在其无须事先假定滑动面的形状和位置，只需通过不断降低边坡岩土体的强度参数，进而使边坡岩土体因抗剪强度不能抵抗剪切应力而发生破坏，并最终得到边坡的最危险滑动面及相应的安全系数。
有限元强度折减法兼有数值计算方法和传统极限平衡方法的优点。
本文介绍了有限元强度折减法的原理与主要研究现状，并对其中的一些重点问题进行了研究与总结。
关键词：强度折减法;有限元;边坡稳定1 有限元强度折减法基本原理所谓强度折减，就是在理想弹塑性有限元计算中将边坡岩土体抗剪切强度参数逐渐降低直到其达到破坏状态为止，程序可以自动根据弹塑性计算结果得到破坏滑动面(塑性应变和位移突变的地带)，同时得到边坡的强度储备安全系数ω, 于是有:==。
'/,tan'tan/c cωϕϕω一般地，强度折减弹塑性有限元数值分析方法考察边坡稳定性的步骤是：首先对于某一给定的强度折减系数，通过逐级加载的弹塑性有限元数值计算确定边坡内的应力场、应变场或位移场，并且对应力、应变或位移的某些分布特征以及有限元计算过程中的某些数学特征进行分析，不断增大折减系数，直至根据对这些特征的分析结果表明边坡己经发生失稳破坏，将此时的折减系数定义为边坡的稳定安全系数。
尽管强度折减有限元法在边坡稳定性分析中得到重视与发展，但其计算中需要采用一定的边坡失稳评判标准来确定边坡失稳的临界状态，但是，各种判据的选用至今并没有取得统一。
2 主要研究现状强度折减概念由Zienkiewicz最早提出并用于边坡的稳定性分析，受限于当时数值计算和计算机水平而未能得到大的发展，直到近十几年来，随着数值计算和计算机技术的迅猛发展，强度折减法也得到了极大的发展，国内外许多学者在这方面做了大量的工作。
基于FLAC3D对某边坡天然及地震工况下稳定性分析
基于FLAC3D对某边坡天然及地震工况下稳定性分析◎ 彭志盛 中交四航局第二工程有限公司摘 要：本文以海外某工程开挖边坡为实例，结合室内试验参数，基于RMR分类法并参考经验公式进行岩土体参数估算，进一步评估4m或6m锚杆支护的边坡在天然工况下的稳定性并在地震工况下的运用拟静力法分析其稳定性。
结果表明：采用RMR法并结合边坡实际工程地质条件，参考已有经验公式对边坡岩土体参数进行估算在实际工程中是可行的，计算结果相对保守；天然工况或地震工况条件下，采用4m或6m锚杆进行支护时，稳定性系数均满足规范中对安全系数的要求，边坡处于基本稳定状态；但安全起见，建议对该边坡采用6m锚杆进行支护。
关键词：：FLAC3D；强度折减法；拟静力法；稳定性分析1.前言当前稳定性分析有定性和定量分析两类方法。
极限平衡法，极限分析法等是定量分析方法中比较常见的[1]。
无论极限平衡法或是极限分析法具因其模型简单、计算方便，在工程实践中作为首选方法进行广泛应用，但分析边坡破坏发生和发展过程方面却力有不逮[2]；针对此问题，基于强度折减法理论的数值模拟软件FL AC3D通过搜索潜在滑动面及其位置可以有效解决极限平衡法的不足，计算呈现结果更加直观。
进行数值模拟计算时，参数的选取至关重要，参数选取准确与否对计算结果影响重大，而当前岩土体，尤其是岩质材料的参数取值时往往进行以下简化：以岩石（岩块）室内试验所得性质代替真实岩体。
工程实践中极少遇到未风化岩体，天然环境中的岩体受风化作用产生广泛分布的节理裂隙，影响岩体完整性，并使得真实岩体在物理力学性质上与岩块存在较大差异。
本文以某工程挖方边坡为例，对岩体材料基于更科学的方法进行取值，采用强度折减法进行天然工况及地震工况下分析边坡稳定性。
2.强度折减法强度折减法中稳定性系数即边坡达到临界状态与初始状态对应的抗剪强度之比。
岩体抗剪强度应用过程如下式所示。
式中：C d——折减后的粘聚力；φd——折减后的内摩擦角；C——折减前的粘聚力；φ——折减前的内摩擦角；F d——折减系数。
基于FLAC理论的边坡稳定性分析
基于FLAC理论的边坡稳定性分析摘要：为了更好地对边坡稳定性进行分析并采取有效治理，本文利用FLAC 法对边坡稳定性进行分析，并将其与传递系数法进行对比，结果表明，两种方法计算结论基本一致，但FLAC法能反映出边坡体内的应力和应变变化规律，同时可以提出更加合理的治理方案，对有效消除边坡隐患具有较强指导意义。
关键词：FLAC，应力，应变，边坡稳定性在边坡评价与治理中常采用基于极限平衡理论计算边坡稳定系数的传递系数法。
此法求出的土体间内力和滑裂面底部反力不是真实存在的力，也无法分析稳定破坏的发生和发展过程，更无法考虑局部变形对边坡稳定的影响，求出的稳定性系数只是所假定的滑裂以上的平均安全度，而不能很好地反映土体内部应力一应变关系[1]。
木文结合工程实例，通过采用极限平衡法和基于强度折减的FLAC法对边坡稳定性问题进行对比分析，评价基于强度折减的FLAC法在边坡稳定问题分析的适用性，反映出边坡体内的应力和应变变化规律。
一、FLAC的基本原理[2]-[4]FLAC是由美国Itasca Consulting Coup lnc开发的三维显式有限差分法程序，它可以模拟岩土或其它材料的三维力学行为。
它可随着构形的不断变化，不断更新坐标，允许介质有较大的变形。
模型经过网格划分，物理网格映射成数学网格，数学网格上的某个结点就与物理网格上相应的结点坐标相对应。
对于某一个结点而言，在每一时刻它受到来自其周围区域合力的影响。
如果合力不等于零，结点就具有了失稳力，就要产生运动。
对于每一个区域而言，可以根据其周围结点的运动速度求得它的应变率，然后根据材料的本构关系求得应力的增量。
由应力增量求出和时刻各个结点的不平衡力和各个结点在时的加速度。
对加速度进行积分，即可得结点新的位移值，由此可以求得各结点新的坐标值。
FLAC先调用运动方程由网格点速度求得单元应变率，由应力应变本构关系计算单元应力，从而确定结点的合力，若网格点受到的合力不等于零，那么它就具有不平衡力，进而可以求得网格点新的速度和位移，到此计算为一个循环，然后按时步进行下一步的循环，直到问题收敛，即单元的最大不平衡力随时步增加而逐渐趋于极小值，则计算稳定，循环结束。
基于FLAC3D的路堑边坡稳定性分析
交通与土木工程河南科技Henan Science and Technology总第874期第3期2024年2月收稿日期：2023-07-20作者简介：罗贤欢（1998—），男，硕士生，研究方向：地质工程与地质灾害。
通信作者：吴琦（1967—），男，博士，教授，研究方向：地质工程与地质灾害。
基于FLAC 3D 的路堑边坡稳定性分析罗贤欢 吴 琦（华北水利水电大学，河南 郑州 450046）摘 要：【目的】道路切割坡体、暴雨和车辆荷载等条件会对路堑边坡的稳定性造成极大的影响。
本研究以辉县市上八里镇回龙村张沟边坡为例，根据边坡所处的环境特征，分析其在不同工况影响下的变形特征及稳定性，为边坡的防治提供依据。
【方法方法】使用FLAC 3D 软件对边坡进行数值模拟，研究边坡在天然和暴雨条件下的变形和稳定性，并调用FLAC 3D 内置的Fish 函数对路堑边坡坡前道路车辆产生的动荷载进行模拟，对动荷载下滑坡体内部的变形特征进行分析。
【结果】①边坡在天然和暴雨情况下的稳定性系数分别为1.9和1.186；②坡前公路动荷载峰值由1×105 N 增加为1×106 N 时，坡脚处水平最大应变值增大13.4%，后缘水平最大应变值增大13.2%。
【结论】暴雨降低了岩土体的强度，直接破坏了边坡的稳定性，坡前竖直方向动荷载增加了坡体水平方向剪切带的连续性，但其对坡体最大应变量造成的影响较小。
关键词：辉县市；路堑边坡；FLAC 3D ；动荷载；稳定性中图分类号：U416.1 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2024）03-0060-05DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2024.03.012Stability Analysis of Cutting Slope Based on FLAC 3DLUO Xianhuan WU Qi(North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450046,China)Abstract: [Purposes ] The conditions of road cutting slope body, rainstorm and vehicle load have great in⁃fluence on the stability of cutting slope. In this study, zhanggou landslide in Huilong Village, Shangbali Town, Huixian City is taken as an example, to analyzes the deformation characteristics and stability of the landslide under the influence of different working conditions, so as to provide a basis for slope pre⁃vention. [Methods ] The FLAC 3D software was used to simulate the deformation and stability of the slopeunder natural and rainstorm conditions, and the FLAC 3D built-in Fish function was called to simulate thedynamic load generated by the road vehicles before the cutting slope, and the deformation characteristicsof the landslide body under the dynamic load were analyzed. [Findings ] ① The stability coefficient of the slope in natural and rainstorm conditions is 1.9 and 1.186 respectively; ②When the peak dynamic load of the anterior slope highway increases from 1×105 N to 1×106 N, the horizontal maximum strainvalue at the slope foot increases by 13.4%, and the horizontal maximum strain value at the posterior edge increases by 13.2%.[Conclusions ] The rainstorm reduces the strength of the rock and soil mass and di⁃rectly destroys the stability of the slope, and the vertical dynamic load before the slope increases the con⁃tinuity of the horizontal shear band, but the influence on the maximum stress variable of the slope body issmall.Keywords: Huixian city; cutting slope; FLAC 3D ; dynamic load; stability0 引言近年来，在极端天气及人类工程活动的影响下，地质灾害频发，滑坡灾害严重威胁人民的生命财产安全。
基于强度折减理论的西南某库岸滑坡稳定性FLAC3D分析
１。～ ５ 。场 地 区冲沟 较发 育 ， ０ ２。 冲沟 规模 多较 小 。
地层 主要 有 第 四系全 新 统 人 工 堆 积） 全 新 统 滑 坡 堆 积 层 （ ） Ｑ 、 Ｑ 等
松散 层 ， 陶 系下 统 红 石 崖 组 （ ） 岩 地 层 。基 岩 奥 Ｏ 基
摘 要 利 用基 于强度折 减 的 Ｆ Ａ 法对 西 南某 滑坡 的稳 定 性 进 行 分析 ， 拟 结果 表 明 ： 然状 Ｌ Ｃ。 模 天
态 下 ， 坡 整体 处 于稳 定状 态 ， 局部 安 全 系数 较 低 ， 于基 本稳 定状 态 ， 滑 但 处 需要 进 行加 固处理 ； 水状 态 蓄
ＦＬＡＣ３ Ｄ Ａｎ ｌ ｓｓ ｆ ｒ Ｓ ａ ｉｉｙ ｏ ｓ ｒ ｏ ｒ Ｂａ ｋ Ｌａ ｄ ｌ ｅ ｉ ａ ｙ ｉ ｏ ｔ ｂ ｌ ｆ ａ Ｒｅ ｅ ｖ ｉ ｎ ｎ ｓｉ ｎ ｔ ｄ
Ｓ ｕｔ ｗｅ ｔＣｈ ｎ ｓ ｄ ｏ ｔｅ ｇ ｈ Ｒｅ ｕ ｔ ｎ Ｔｈｅ ｒ ｏ ｈ ｓ ｉ ａ Ｂａ ｅ ｎ Ｓ ｒ ｎ ｔ ｄ ｃｉ ｏ ｏｙ Ｌ ｉｇａｇ ｉ ｎｕｎ Ｑ
规 划 区 ， 坡体 上 将 进 行新 县 城 的部 分 建 设 工作 。根 滑 据 现场 地 质资料 、 库岸 滑坡 影 响 因素调 查 ， 于 强度 折 基
减理论 ， 运用 Ｆ Ａ 如数值 分析工具 ， 自然状态和蓄 ＬＣ 对 水状 态下 的滑坡 稳定性 进 行综 合稳 定 性分 析 。
［ ］ Ｊ Ｊ０ － ２ ０ 建筑基桩检测技术规范 ［ ］ １ Ｇ １６ ０ ３ Ｓ ［ ］ Ｊ Ｊ９ ２ ０ 建筑地基处理技术规范 ［ ］ ２ Ｇ７ － ０ ２ Ｓ
基于强度折减 理论 的西南某库岸 滑坡稳定性 Ｆ Ａ 分析 ： ＬＣ 李勤光
基于 FLAC -3D 强度折减法的边坡稳定性影响因素敏感性分析
基于 FLAC -3D 强度折减法的边坡稳定性影响因素敏感性分析梅岭;季佩祥;张太玥【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)003【摘要】A solution to the stability coefficient of slope is obtained by establishing a homogeneous soil slope model and using FLAC - 3D software with the strength reduction method built in itself. The paper systematically studies the sensitivity factors of slope stability. The safety factor of slope stability and the plastic area are taken as the slope failure criterion. In order to find the relationship between the stability coefficient and the mechanical parameters of rock mass,and to find the most sensitive factor,only one parameter variable is changed. The re-sults show that the sensitivity of the angle of internal friction is the highest,and cohesive strength and soil weight are less sensitive. There is no permanent quantitative relationship between cohesive strength and soil weight.%通过建立均质土坡模型，利用 FLAC -3D 软件的强度折减法，求解边坡稳定系数，系统地研究了边坡稳定性影响因素的敏感性问题。
基于FLAC3D的三维边坡稳定性强度折减法计算效率改进算法及其应用
2、边坡的稳定性系数等指标，可以对边坡的稳定性进行评价； 3、破裂面的位置和形状，有助于确定治理措施和优化设计方案。
在结果分析过程中，需要以下几个方面：
1、破裂面的预测：FLAC3D可以准确预测破裂面的位置和形状，但需要考虑 地质条件的复杂性和计算精度的限制；
2、稳定性系数的敏感性：稳定性系数受到多种因素的影响，如土体性质、 荷载等，需要对这些因素进行敏感性分析；
根据现场调查和工程地质勘探，收集到了边坡的岩土力学参数、水文地质条 件、可能的荷载和边界约束条件等数据。在此基础上，采用有限元法建立了边坡 的计算模型，详细模拟了边坡内部的物理和力学过程。通过不断调整模型的材料 参数和边界条件，使得模型的计算结果与实际观测数据尽可能接近。
在模型验证可靠后，采用整体强度折减法对边坡的稳定性进行分析。根据计 算结果，该边坡的稳定系数为1.25，属于基本稳定状态。失稳破坏模式主要为边 坡顶部出现拉裂缝，同时局部岩体出现滑动。为了提高该边坡的稳定性，建议采 取适当的加固措施，如增加锚杆、喷射混凝土等。
引言
边坡稳定性分析是岩土工程领域中非常重要的一个方面，对于保障工程项目 安全具有至关重要的作用。在工程建设过程中，边坡失稳可能会导致严重的工程 事故，因此对边坡稳定性进行准确的分析和评估具有重要意义。随着计算机技术 的不断发展，数值模拟方法在边坡稳定性分析中得到了广泛应用。本次演示将探 讨基于FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions） 软件的边坡稳定性分析方法。
4、荷载施加：根据实际情况，施加一定的荷载，如自重、外力等。 5、数值模拟：利用FLAC3D进行数值模拟，得到边坡的位移、应力等响应。
6、稳定性评估：根据模拟结果，对边坡的稳定性进行评估，计算稳定系数 等指标。
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本文采用 1987 年澳大利亚计 算机应 用协 会 ( ACADS) 对澳大利亚所使用的边坡稳定分析程序 进行的调查评比考核题中的 1 ( a ) 作为算例 [ 15 ] : 一 均质 边 坡 , 其 尺 寸 见 图 1 , 其 中 土 体 重 度 γ = 20 kN/ m3 , 弹性模量 E = 10 M Pa , 泊松比 μ= 01 25 , ( 参考结果 : 粘聚力 c = 31 0 kPa ,内摩擦角 φ= 191 6° 简化 Bishop 条分法为 01 993 ,J anbu 法为 01 978 ,裁 判答案 11 000 ) 。模型建立情况 : 坡脚至左端边界 距离为坡高的 11 5 倍 , 坡顶到右端边界距离为坡 高 的 21 5 倍 , 上 下 边 界 距 离 为 坡 高 的 21 5 倍 [ 6 ] 。 左右边界为水平约束 ,下边界为水平 、 竖直约束 。 设 Ft rial1 = 11 00 , Ft rial2 = 11 40 , 采用二分法求取 稳定系数 FS 的范围 ,对应不同的折减系数 , 所求的 的监测点位移 、 剪切面增量贯通以及静力平衡计算 收敛情况见表 1 。
剪强度折减系数定义为 : 在外荷载保持不变的情况 下 ,边坡内土体所发挥的最大抗剪强度与外荷载在 边坡内所产生的实际剪应力之比 。外荷载所产生的 实际剪应力应与抵御外荷载所发挥的最低抗剪强度 即按照实际强度指标折减后所确定的 、 实际中得以 发挥的抗剪强度相等 。当假定边坡内所有土体抗剪 强度的发挥程度相同时 , 这种抗剪强度折剪系数定 义为边坡的整体稳定系数 。其后国内外一些学者对 此问题进行了研究 , 例如 , U gai [ 2 ] 、 Mat sui [ 3 ] 、 Grif 2
1 I1 sinφ3 co sω b + 1 sinω b sinφ 3
J 2 + cco sφ= 0
( 3)
) ; c 为内聚力 ,k Pa ; I1 为应力 式中 :φ为内摩擦角 , (° 张量的第一不变量 ; J 2 为应力偏张量的第二不变 )。 量 ;ω b 为应力罗德角 , (° 11 3 边坡失稳破坏判据 边坡发生破坏失稳 ,会产生较大位移 ,滑动体由
【Abstract】 The shear st rengt h reduction is combined wit h fast lagrangian analysis of continuum met hod ( FL AC) to ana2
lyze t he stability of soil slope ,and t he FL AC software po st2p rocessing f uctio n to dynamic demo nst rate is used in generalizing shear st rain increment ,plastic area’s occurrence and develop ment sit uatio n. Moreover , co nvergence of statics equilibrium algo2 rit hm ,mutation of displacement on characteristic po sition of slope as well as continuum of shear st rain increment are used as cri2 terio n to estimate t he stability of slope. The critical slip surface can be o btained when t he slope become unstable. The met hod can vividly forecast t he latent critical slip surface and evaluate t he stability of soil slope by analyzing t he international calculated example.
Griffit hs [ 4 ] 、 Dawso n [ 14 ] 、 郑颖人 、 赵尚毅 [ 729 ] 等以有
限元静力平衡计算不收敛作为边坡整体失稳的标 志 ,文献 [ 9 ] 认为塑性区从坡脚到坡顶贯通并不一定 意味着破坏 ,塑性区贯通是破坏的必要条件 ,但不是 充分条件 ,还要看是否产生很大的且无限发展的塑 性变形和位移 。对于理想弹塑性体而言 , 当其中某 一单元达到塑性屈服状态时 , 如果其周围没有约束 条件 ,则会处于无限流动状态 ,但如果该单元周围单 元还处于弹性阶段或存在其他约束条件 , 它将限制 该单元塑性应变的发展 。边坡体中某些个单元进入 塑性阶段并不一定意味着边坡整体将会产生塑性流 动 ,特征点的位移呈无限增大趋势 ,只有滑移面上的 所有点的应变都超过某一个值后才会发生滑动 。同 时 ,天然边坡坡顶处破坏形式为张拉破坏 ,塑性区是 否真正贯通比较难以把握 。 综合以上观点并结合 FL AC 程序特点 ,笔者采 用静力平衡计算是否收敛作为边坡是否失稳的评判 依据 ,并结合边坡指定特征点的水平位移是否具有 无限增长的趋势和剪应变增量是否贯通于坡脚至坡 顶情况评判边坡整体稳定性 。
原先静定稳定状态转变为静不定状态 , 边坡上的特 征点的位移呈现无限增大趋势 。其塑性应变不再是 个定值 ,也表现为无限增长趋势 ,同时塑性应变区自 坡脚贯通至坡顶 。 数值模拟中 , 对于边坡失稳的判据有 很多 的 观点 。连镇营 [ 11 ] 、 Mat sui [ 3 ] 以 广 义 剪 应 变 是 否 贯 通作为边坡失稳的评判依据 。文献 [ 11 ] 基于强度 折减塑性有限元分析结果 , 绘制边坡内广义剪应 变分布 , 并认为若某一幅值广义剪应变的区域在 边坡 中 相 互 贯 通 , 则 意 味 着 边 坡 失 稳 。栾 茂 田 [ 10 ] 、 郑 宏 [ 12 ] 、 周翠英 [ 13 ] 等以广义塑性应变或 者等效塑性应变从坡脚到坡顶贯通作为边坡整体失 稳的标志 。文献 [ 10 ] 认为无论是在广义剪应变还是 在位移中不仅含有塑性分量 ,而且也包括弹性分量 ,
基金项目 : 中国博士后科学基金 ( 2005038355) ; 中国地质大学 ( 北京) 科学技术基金 ( 2007019) 作者简介 : 刘立鹏 ,1983 年生 ,男 ,汉族 ,安徽六安人 ,硕士 ,主要从事工程地质方面的研究工作 。E2mail :icystone_2003 @163. com
第 22 卷 第1期 2008 年 2月
文章编号 :100722993 (2008) 0120006205
岩 土 工 程 技 术 Geotechnical Engineering Technique
Vol1 22 No1 1 Feb ,2008
基于 FL AC 强度折减理论的边坡稳定性研究
刘立鹏 陈 奇 张 彬
( 中国地质大学 ( 北京) 工程技术学院 ,北京 100083)
【摘 要】 将强度折减理论与 FL AC 软件相结合 ,利用 FL AC 软件后处理功能 ,动态显示广义剪应变增量及塑性区的演 化情况 ,分析土质边坡的稳定性 。以静力平衡计算收敛 、 特征部位位移突变及剪应变增量贯通情况为失稳判据判断边坡稳定 状态 ,求得边坡的稳定系数 Fs ,并搜索到土坡的临界滑裂面 。将计算结果同国际标准算例结果进行比较 ,二者具有较好的一 致性 。表明基于 FL AC 的强度折减法进行边坡稳定性分析 ,可以较形象地反映边坡潜在滑移面的动态演化规律及具体位置 , 求出边坡稳定系数 ,进而合理评价边坡的稳定状态 。 【关键词】 边坡稳定分析 ; 强度折减理论 ; FL AC ; 极限平衡法 【中图分类号】 TU4721 36
Slope Stability Analysis Based on Strength Reduction Theory in FLAC
Liu Lipeng Chen Qi Zhang Bin
(School of Engineering and Technology , China U niversity of Geo sciences , Beijing 100083 China)
刘立鹏等 : 基于 FL AC 强度折减理论的边坡稳定性研究 边坡的剪应变增量发展 、 特征点的位移情况 ,综合评 价边坡体的稳定性 , 并将结果与基于极限平衡理论 的边坡稳定分析结果进行比较分析 。 1 强度折减法的计算原理 11 1 强度折减法的基本原理 φ值同时除以一个折 将岩土材料的抗剪强度 c 、 φ 减系数 Ft rial ,得到一组新的抗剪强度值 c′ 、 ′ , 将其 作为新的力学参数带入有限元中进行试算 , 当边坡 土体符合给定的临界破坏状态判定条件时 , 所对应 的折减系数 Ft rial 被称为边坡的最小稳定系数 Fs 。 φ ( 2) 求得 ,而弹性模量 其中 ,参数 c′ 、 ′ 分别由式 ( 1) 、 φ的改变 E、 泊松比 μ在计算中假设为定值 ,不随 c 、 而变化 。
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岩 土 工 程 技 术
2008 年第 1 期
图1 边坡尺寸 (m)
图2 边坡 FlAC 模型 表1 不同折减系数的计算结果 ( 二分法)
Ftrial
监测点 A 水平 位移/ cm
- 01 55
c′ = c Ft rial F trial
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根据这些物理量的大小判断塑性区以及剪应力破坏 区的开展是不够合理合准确的 , 考虑到土体的塑性 破坏主要与塑性区出现 、 开展及其重分布紧密相关 , 而塑性应变能够记忆和描绘塑性区发展与破坏演化 的过程 ,故根据塑性区的范围及其连通状态确定潜 在滑 动 面 及 边 坡 稳 定 系 数 , 评 价 边 坡 的 稳 定 性 。
fit hs [ 4 ] 、 宋 二 祥[ 5 ] 、 张 鲁 渝[ 6 ] 、 赵 尚 毅 [ 729 ] 、 郑颖
人 [ 729 ] 、 栾茂田 [ 10 ] 等 。本文采用 FL AC 软件并结合 强度折减法对标准算例进行稳定性分析 , 以静力平 衡计算是否收敛作为边坡稳定评判依据 。同时基于 FL AC 模拟计算结果的动态显示功能 , 描绘出土质