FLAC3D在平庄西露天矿边坡应力、位移分析中的应用

FLAC3D在路基边坡稳定性分析中的应用【摘要】Flac3D是岩土工程中广泛应用的软件,本文介绍了其基本原理和特点,如有限差分网格和有限差分方程的建立等,并应用Mohr-Coulomb本构模型对路基边坡进行了数值稳定性分析。

依据边坡位移变形和塑性区域的贯通情况对边坡稳定性进行了分析。

【关键词】Flac3D;边坡;稳定性分析;数值模拟1 FLAC3D的基本原理1.1拉格朗日法FLAC软件是美国Itasca咨询集团公司开发的专业岩土工程分析软件,其基本原理即是拉格朗日差分法。

利用节点位移连续的条件,对连续介质进行非线性大变形分析,可以模拟地应力场生成,边坡或地下工程的开挖、锚杆(锚索)设置、地下渗流等。

拉格朗日法源于流体力学,研究流体质点在任一时段内的运动轨迹、速度、压力等特征。

将其移植到固体力学中,把所研究的区域划分成网格,其结点相当于流体质点,然后按时步用拉格朗日法来研究网格结点的运动。

FLAC3D与有限元法相比,具有以下优点:(l)采用显式解析法不需要建立刚性矩阵,节省内存,提高了运算速度。

(2)采用离散法,正确地模拟了塑性破坏及塑性流动。

(3)能跟踪模型中任一点的历史,方便看出该点的应力、位移历程曲线。

1.2使用步骤(1)建立模型,产生网格,确定材料性质和边界条件。

(2)运行程序,建立原始平衡。

(3)根据实际工程情况改变模型的相关条件,重新运行程序达到新的平衡或出现某种形式的变形与破坏。

2 工程概况某一级公路路基设计宽度为30.0m,边坡设计坡度为1:1,路基土体分两层,基层为中硬粘土,层厚为30m;填筑中细砂土,并经压实,层厚25m,路基底部宽90m,模型见图l。

经室内土工试验测定,各土层的物理力学性质见表1。

其中体积模量K 和剪切模量G分别按式(1)、(2)计算:3 数值计算模型3.1数值建模根据实际工程情况和地层分布,数值分析模型在FLAC3D环境下完成。

为减少计算时间,取路基宽度的1/2进行建模。

科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFO RM TI ON 2008NO .15SC I EN CE &TECH NO LOG Y I N FOR M A TI O N 信息技术1FL A C 3D 程序[1]FL A C(Fas t L a gr angi a n A nal ys i s ofC ont i nua),即连续介质快速拉格朗日分析。

它是基于拉格朗日差分法的一种显式有限差分程序。

是由美国I t a s ca Cons ul t i ngG r oup I nc.开发的商业软件。

FLAC 3D 比其他有限元法有以下优点：一是采用显式解析法,不需要建立刚度矩阵,节省内存,提高了运算速度；二是采用混合离散法,正确地模拟了塑性破坏及塑性流动；三是采用动态方程求解,克服了系统模型内的不安定因素。

FLAC 3D 可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形,尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有其独到的优点。

FL AC 3D 内部含有多个力学模型：一个“空”模型(用于几模拟开挖等)、二个弹性模型(各向同性、横观各向同性、各向异性弹性材料)、六个塑性模型(按不同的破坏准则模拟弹塑性材料。

强度折减法由Dunca n 提出的[2],认为边坡的稳定安全系数可以定义为使边坡刚好达到临界破坏状态时,对土的剪切强度进行折减的程度,即定义稳定安全系数为土的实际抗剪强度与临界破坏时折减后的剪切强度的比值。

强度折减法的要点是利用公式和调整土体的强度指标,其中为折减系数,然后对土坡进行数值分析,通过不断地增加折减系数式,反复分析土坡,直至其达到临界破坏,此时得到的折减系数即为稳定安全系数。

强度折减法的优点是安全系数直接求出,不需要事先假设滑裂面的形式和位置,另外可以考虑土坡渐进破坏过程和变形对稳定的影响。

2工程概况某金矿采用露天方式开采,矿区采场坑口地势较为平坦,标高为＋3m ,上口尺寸为1100m ×390m ,分东西两个东部采场的最终坑底标高东坑为-170m ,最终边坡的最大高度为173m ,总体边坡角47°,基岩边坡的总体边坡角为50°。

FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中的应用赵忠海【摘要】Taking the Gaozhi Village landslide as an example, this paper discussed the application of FLAC3D in landslide stability analysis and evaluation. The author ifrst introduced the basic principle and main process of FLAC3D, and then simulated the Gaozhi Village landslide stability under natural state and heavy rain state by Mohr-Coulomb of FLAC3D. The simulation result intuitively showed the distribution characteristics of plastic deformation and horizontal displacement of the slope in the above two conditions, and clearly showed the potential sliding surface inside the slope. According to the result of numerical simulation, the article analyzed and evaluated the landslide stability, studied and discussed the deformation and failure forms of the landslide. By analyzing the plastic deformation and displacement of slope, the author considered that the landslide is basically stable under the natural state and is unstable and likely to slide and lose its stability in the local area under the continuous high intensity rainfall state. This is consistent with the investigation and analysis. This result shows it is feasible and more simple and more intuitive and convenient to analyze and evaluate the stability of landslide by FLAC3D. Compared with the traditional limit equilibrium method, FLAC3D has the incomparable advantage.%本文以高治村滑坡为例，论述了FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中的应用。

FLAC 3D 在边坡稳定性分析中的应用魏继红　吴继敏　孙少锐(河海大学土木工程学院　南京市　210098)提要　采用FLAC 3D 研究某边坡的大变形破坏,模拟了边坡天然情况下的应力状态,分析了边坡分步开挖对边坡稳定性的影响,然后根据计算的结果对边坡采取了一定的加固措施,对加固后的边坡应力、应变状态进行分析,得出边坡基本处于稳定状态,分析表明,FLAC 3D 在解决边坡的大变形模拟方面的优势是有限元无法比拟的。

关键词　大变形分析　边坡　有限元　稳定性Application of FLAC 3D in Stability Analysis of SlopeWei Jihong Wu Jimin Sun Shaorui (College of Civil Engineering ,Hohai University )A bstract Some slope is studied by use of the program FLAC 3D .The stress state for the initial slope is simu -lated .The effect of step excavation to the slope is analyzed .Acc ording to the result ,some measures are taken toimprove the stability of slope .After that ,the stress and the strain of reinforced slope is analyzed .The result shows the slope is stability .By contrast to the finite element method ,it is good to solve the lar ge scale deforma -tion of the slope for the program FLAC 3D .Keywords large scale defor mation analysis ;slope ;finite element method ;stability作者简介:魏继红,女,1976年生,博士研究生,主要从事岩质边坡及地下洞室稳定性方面的研究。

浅析FLAC3D软件在边坡稳定性分析中的应用摘要：随着科技的进步以及岩土工程的高速发展,分析边坡稳定性的软件或工具也在日益完善,尤其是FLAC3D软件。

本文主要介绍了FLAC3D软件的基本原理、使用步骤等,并举例进一步分析了该软件在实际运用中的方法,从而得知FLAC3D软件在分析边坡的稳定性模拟方面具有很大的优势。

关键词：FLAC3D软件边坡有限元稳定性1、基本概述这些年来由于边坡的稳定性问题而引发的地质灾害,给人类社会带来了极大的痛苦,为避免地质灾害的再次发生,边坡的稳定性研究已经成为地质单位共同关注的对象。

边坡的稳定性受诸多参数的影响,主要有路基中的结构面、夹层、夹层中填充物料等。

目前来看,边坡的稳定性分析方法有很多种,较为方便快捷的是极限平衡分析方法及有限元分析方法,前者方便快捷,后者在解决小变形这一块有较大的优越性,但是这两种分析方法均存在一定的局限性,并不能解决某些大变形方面,而采用FLAC3D软件分析边坡的稳定性可以很好的完成其它方法不能解决的问题。

2、FLAC3D软件2.1 基本原理FLAC3D是Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions的缩写,该软件是由美国Itasca Consulting Group Inc.与明尼苏达大学联合创发的,该软件的基本原理即为拉格朗日有限差分法。

拉格朗日有限差分法结合了力学—数学的具体模型,经过实际考察与分析,便得到边坡稳定性变化的规律。

FLAC3D软件在模拟施工过程以及分析材料的弹塑性、大变形等领域占有很大的优势。

它能够很好的模拟六种不同本构关系的材料的三维力学现象,能够准确的模拟地应力场的变化、边坡或地下工程的施工、混凝土铺设、锚杆定位等。

2.2 与其它有限元法相比FLAC3D软件具有的优势FLAC3D软件与其它有限元相比最大的优势主要在于它能够更方便、准确的解决大变形的问题,以前在遇到大变形问题时通常会用有限元来解决,但这种解决方法相对来说较为繁杂。

浅谈数值模拟软件FLAC3D在某边坡工程中的应用作者：苏恩华王胜来源：《科技资讯》 2015年第11期苏恩华1 王胜2（1.湖北省成套招标有限公司湖北武汉 435000；2.宜昌通衢公路建设有限责任公司湖北宜昌 443100）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。

FLAC3D数值模拟软件在边坡光伏建设中的应用目录一、内容描述 (2)（一）光伏建设的重要性与边坡光伏建设的特殊性 (3)（二）FLAC3D数值模拟软件概述及其在岩土工程中的应用 (4)二、FLAC3D数值模拟软件在边坡光伏建设中的应用流程 (5)（一）项目前期分析 (6)1. 地形地貌与地质条件分析 (7)2. 边坡稳定性初步评估 (8)（二）建立数学模型 (9)1. 模型建立与参数设置 (10)2. 边界条件与荷载条件设定 (11)（三）数值模拟计算与分析 (12)1. 计算过程及结果输出 (13)2. 结果分析与稳定性评估 (14)（四）方案优化与实施 (15)1. 基于模拟结果的方案优化 (17)2. 施工过程监控与后期维护管理 (18)三、FLAC3D数值模拟软件在边坡光伏建设中的具体应用案例 (19)（一）案例一 (20)1. 项目背景介绍及地形地貌分析 (22)2. 利用FLAC3D进行边坡稳定性模拟与分析结果 (23)3. 方案优化措施及实施效果评估 (24)（二）案例二 (25)一、内容描述FLAC3D数值模拟软件，作为一款功能强大的地质力学建模与工程分析软件，其在边坡光伏建设领域的应用具有显著的优势和重要性。

本文档旨在深入探讨FLAC3D在边坡光伏建设中的具体应用实践。

FLAC3D软件能够全面考虑地质结构、岩土体力学特性以及太阳辐射等关键因素，为边坡光伏项目提供精确、可靠的建设分析。

通过建立精确的数值模型，FLAC3D能够模拟光伏板支架基础、光伏组件以及地面系统的安装过程，以及后续长期运营期间的稳定性。

在光伏建设初期，FLAC3D可以帮助工程师评估边坡的稳定性和适宜性，为光伏电站的选址和设计提供科学依据。

在施工过程中，该软件能够实时监控施工进度和潜在风险，确保施工质量和安全。

FLAC3D还能模拟光伏电站长期运营期间的性能表现，包括光伏组件的发电效率、支架结构的耐久性以及环境因素（如风、雪、温度等）对电站运行的影响。

《FLAC3D在采矿中的应用》实验报告姓名：学号：实验（一） FLAC 3D 在采矿中的应用1 实验目的（1） 掌握圆形巷道周围的应力、位移分布情况（2） 了解应力集中情况2 实验步骤(1) 模型的建立为了使结果更加可靠同时具有可比性，采用不同梯度的支护阻力Ps 做对比，Ps 分别取0MPa 、1MPa 、2MPa 、3MPa 、4MPa 、5MPa 、6MPa 。

模型侧面及下部边界都固定住位移，开挖部分截面为圆形，半径为4m ，同时为了消除边界位移和应力的影响，模型大小为80m ⨯60m ⨯60m ，模拟埋深为600m ，因此初始应力选择为15gh MPa ρ=，本次模拟测压系数选择为0.8。

模型总共包含有177120个单元，182819个节点，为了使模拟效果更好同时也为了方便计算，模拟的圆形巷道及其附近的网格比模型边缘部分密集一些，模型如图1所示。

由于本文只是研究支护阻力在地下围岩控制中所发挥的作用，因此整个模型选择同一岩石参数，材料参数如表1，材料破坏符合Mohr-Coulomb 屈服准则。

表 1 力学参数岩体弹性模量/GPa 泊松比 内聚力/MPa 摩擦角/° 抗拉强度/MPa 砂质泥岩 5.425 0.147 2.16 36 0.75圆形巷道圆心坐标为（40 0 30），四个测点的坐标分别为1号（44 0 30），2号（36 0 30），3号（40 0 34），4号（40 0 26），1号和2号测点分别位于两帮中间，3号、4号测点分别为顶底板中间点。

三维计算过程为：建立模型→附加初始应力值→定测点→开挖巷道→计算平衡→结果输出→后续处理。

图1 FLAC3D 模型及其局部放大图(2) 数值模拟结果及分析1号测点X方向位移2号测点X方向位移3号测点Z方向位移4号测点Z方向位移图2由图2可知，两帮位移明显增长较快，尤其是顶板的位移速度几乎一直处于递增状态，顶板位移主要发生在顶部6m的范围内，底板的位移主要发生在5m范围内，两帮的位移比较接近，主要发生在2.1m范围内，如果巷道开挖以后不及时对其采取支护措施，那么顶板会持续下沉，同时底板的底鼓现象也会逐渐的变得严重起来，最终导致的结果是加速两帮的位移，可以预见巷道不久就会因为急剧变形而发生失稳破坏。