当前位置：文档之家 › FLAC3D在露天矿边坡稳定性分析中的应用

FLAC3D在露天矿边坡稳定性分析中的应用

  • 格式：pdf
  • 大小：768.85 KB
  • 文档页数：3

煤矿现代化　２０１７年第５期　总第１４０期　

ＦＬＡＣ３Ｄ在露天矿边坡稳定性分析中的应用　

张元杰　（山西煤炭进出口集团，山西太原０３０００６）　

摘要本文通过对山煤集团河曲露天矿进行实地勘测，搜集相关资料，并进行整理汇总，在此基础　

上通过三维快速拉格朗日有限差分法ＦＬＡＣ３Ｄ建立３Ｄ数值模型，并分别对模型中的不同岩层赋予　

相应的参数值，基于强度折减法对模型进行模拟运算，得到该露天矿达产第二年末端帮边坡安全系　数，为预测露天矿开采过程中边坡滑体的发展趋势、边坡的设计施工提供决策依据。　关键词露天矿；ＦＬＡＣ３Ｄ；数值模型；边坡安全系数　

中图分类号：ＴＤ８２４．７＋１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００９—０７９７（２０１７）０５—００９９—０３　

Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＦＬＡＣ３Ｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｎ　Ｓｌｏｐｅ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎ　Ｔｈｅ　Ｏｐｅｎｃａｓｔ　Ｍｉｎｅ　Ｚｈａｎｇ　Ｙｕａｎｊｉｅ　（Ｓｈａｎｘｉ　ｃｏａｌ　ｉｍｐｏｒｔ　ａｎｄ　Ｅｘｐｏｒｔ　Ｇｒｏｕｐ，Ｓｈａｎｘｉ　ＴａｉＹｕａｎ　０３０００６）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌ　ｔｈｅ　ｓｕｒｖｅｙ　ｏｆ　ａｎ　ｏｐｅｎｃａｓｔ　ｍｉｎｅ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｄａｔａ，ＦＬＡＣ３Ｄ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｆｏｒ　ｃｒｅａｔｉｎｇ　ａ　３Ｄ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｗｅｒｅ　ｅｎｄｏｗｅｄ　ｉｎ　ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｒｏｃｋｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　Ｗａｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｎ　ｇｏｔ　ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｆａｃｔｏｒ　ｏｆ　ｅｎｄ　ｓｌｏｐｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｉｘｔｈ　ｙｅａｒ　ａｆｔｅｒ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｆｏｒ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｓｌｏｐｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｌｏｐｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｏｐｅｎｃａｓｔ　Ｍｉｎｅ；ＦＬＡＣ３Ｄ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｍｏｄｅｌ；Ｓｌｏｐｅ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｆａｃｔｏｒ　

ｌ　ＦＬＡＣ３Ｄ安全系数求解基本原理　

ＦＬＡＣ３Ｄ中的安全系数求解采用的是强度折减　法，在强度折减法中边坡稳定的安全系数定义为：　

使边坡刚好达到临界破坏状态时，对岩、土体的抗　

剪强度进行折减的程度，即定义安全系数为岩土体　的实际抗剪强度与临界破坏时的折减后剪切强度　

的比值。强度折减法的要点是利用公式１和公式２　来调整岩土体的强度指标Ｃ和（式中为折减后的　

粘接力，为折减后的摩擦角，为折减系数），然后对　边坡稳定性进行数值分析，不断地增加折减系数，　

反复计算，直至其达到临界破坏，此时得到的折减　

系数即为安全系数　。　Ｃｆ：Ｃ，Ｆ　ｄ　（１）　

ｒ＝ｔａｎ　（（ｔａｎ　）／Ｆ　）　（２）　为了缩短求解时间，模型运算过程中安全系数　

求解采用“二分法”，对其内置强度折减法进行改　进，运算过程中安全系数自定义为ｋｓ。　

２河曲露天矿端帮边坡稳定性分析　

２．１矿区地质特征　

矿区为油页岩０．６Ｍｔ／ａ露天矿，地层呈走向北　北东、倾向南东东的单斜构造，断裂不发育。矿区东　部Ｆ１断裂规模较大，走向北北东，为继承性张性断　裂。由航测资料推断，该断裂延长２０ｋｍ，在矿区内　

推断最大落差为３００ｍ。由于断层位于矿田边界，其　断裂破碎带对边坡稳定性有一定影响。　

矿田内构造简单，岩体为强度极低的软岩，除　油页岩层外主要是原生结构面。粗粒岩胶结疏松，　依据上述特点，边坡岩体可以归属于散体结构及层　

状结构２种类型。散体结构：主要是砂砾石层，松散　状态，颗粒间未胶结，结构体呈颗粒状；层状结构：　

边坡岩体大部分属于层状结构类型。岩层产状近似　水平，水平层理及波状层理发育，失水后干裂沿层　理面呈片状裂开，泥岩呈厚层状，除油页岩层外其　

他岩层很少见到裂隙面。　

矿区在开采过程中采用疏干降水，水位已降至　矿层底板一下，因此文中ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟只考虑　

岩石的性质、构造和结构面。　２．２达产第二年末端帮边坡稳定性分析　

２．２．１　建立模型　依据矿区首采区各年度坑底坑口边界图确定　

达产第二年末开采端帮剖面位置，如图１所示。　依据矿山初步设计报告，参考矿区第６勘探线　采掘进度计划图（见图２）和第６勘探线水文地质工　程地质剖面图（见图３），得到剖面岩层分布图，进而　

得到剖面数值建模示意图，如图４、图５所示。　依照图５，在ＦＬＡＣ３Ｄ中建立３Ｄ数值模型，如　

・

９９・　煤矿现代化　２０１７年第５期　总第１４０期　

殳１　６所示　

图１　达产第二年末端帮分析剖面位置图　

图２第６勘探线采掘进度计划图　

囤……口…　－－　…口…¨　“＿匿¨‘［　］ｔ¨＿　图３　第６勘探线水文地质工程地质剖面图　地层层厚　地层柱状　岩性描述　７．７５ｍ　第四蘸松散磐缎　

１　５＿８０ｈ　精细砂岩组　

ｌＩ．Ｏ３ｍ　：　：　ｌ　摹：　泥岩缎　※：　：：：※：：：※＃※　２．４７ｍ　／　、粉细砂岩组　ｌＬ　泥岩组　Ｌ　７ｍ　／　、粉绷砂岩组　：：：：：：，：：：：：：：．：：・：・　：：：：：：：：：：　１４６抽　泥岩组　ｌ　０．５２ｍ　＼　；　．７ｍ　耪细砂岩组　；４．３‰　油页岩组　Ｉ　６．８３ｍ　粉绷砂岩组　图４达产第二年末端帮剖面岩层分布图　

醴纂四系｝｛：戢考组卜：．：泥岩组　油页岩组　＿１粉绷砂岩组　图５剖面数值建模示意图　

２．２．２安全系数求解　根据地质报告并参考ｌ卡ｆＩ似矿…资料，确定不同　层物胛力学性质指标，见表２　

分别将卡ｆ１心的物删力学性质指标赋予３Ｄ数值　

・１０（）・　模副巾的　Ｈ岩层，经软件ＦＩＪＡＣ３Ｉ）运算得到端帮　模利的ｔ　向心力云图（正值表示托幢力，负值表乐　

应力）　ｊ　切应变增量模　，如　７、　８所，Ｊ　Ｉ¨　ＩＣＩ＿．￣Ｉｆ　，）　＋　ｒ１　√“　。－１圈　…　‰　！　醴圈　ｂ　

图６　３１）数值模型（注：模型中不同颜色代表不同岩层）　表２岩层物理力学性质指标　

薰　

纂　

ｊｌｉｉ　警　

蒜　、　搿　７端帮模型竖向应力云图　

图８端帮模型剪切应变增量模型图　

运算结　：如同所示，ｋｓ＝１．５２３４３７５０００００ｅ＋０００，　即削面模，　边坡安全系数为Ｊ．５２，ｒｉｒ见达　第：　，ｒ　

术端帮边坡稳定性比较好　

３　结　论　

本　究依据河曲露天矿　采区各年度坑底坑　

（下转第１【】３页　一　一

　煤矿现代化　２０１７年第５期　总第１４０期　

增压区；而且，由于下分层开采使采空区中部垮落　高度进一步增加，也使作用在前方工作面顶板的荷　

载进一步增加，而上、下两端采空区顶板垮落高度　相对较小，且有两侧的煤柱（体）支撑，最终导致下　

分层开采时，工作面中部的压力比上、下端部大。　４．３　中部过煤柱集中应力带及其前后矿压观测　通过对工作面中部过煤柱集中应力带及其前　

后矿压观测发现，过煤柱前，压力基本保持在２Ｏ～　２５ＭＰａ，过煤柱过程中，压力随之增大，支架工作阻　

力最大值达到３４．６ＭＰａ，当工作面推过煤柱后，压力　随之减小至和过煤柱前的压力相当，出现该现象的　

原因与工作面内部过内错上分层护巷煤柱的机理　

基本相同。　

５　实施效果　

（１）煤炭资源得到合理回收，下分层万吨掘进　率大幅下降，创造了巨大的经济效益。　（２）工作面实现了２次月产量创记录，分别于　

２０１２年４月工作面原煤产量２３０２３ｔ，净煤量　１７１　１６ｔ，创庞庞塔煤矿、吕临能化公司极薄煤层综采　

工作面单月生产新记录，同年７月工作面生产原煤　

２５０８０ｔ，创庞庞塔煤矿、吕ｌ临能化极薄煤层综采工作　面单月生产新记录，并超过２０１２年４月由该面创　

造极薄工作面生产的２３０２３ｔ生产水平。　（３）改善了工作面劳动环境和安全条件，回采　期间未发生顶板及轻伤以上的安全事故，保证了安　

全生产。　

６结论　

（１）工作面实现安全顺利回采。通过采取一系　

列措施及办法，确保了超长工作面回采期间未发生　

一起冒顶及重伤（含）以上安全事故，实现了１６０ｍ　

工作面安全顺利回采，安全效益显著。　（２）解决了系列技术难题。①综采设备安装困　

难，通过现场研究支架最优运输路线、采取边扩切　眼边安装支架的方式，实现了综采设备的安全快速　

安装；②工作面长度增加，配套的“三机”设备运行、　维护管理难度大，通过加强现场设备检修与维护管　

理，保证设备正常运行，备足备用设备，加大职工业　务技能培训力度，确保了设备正常运行，减少了设　

备影停时间；③工作面内部集中应力大、回采过煤　柱过老巷等都增加了顶板控制难度，通过超前制定　

回采期间顶板管理办法，实现了工作面快速推过煤　

柱及老巷段，未发生一起安全事故。　（３）现场试验结果表明，对于复杂地质条件下　

薄煤层超长工作面综采丁艺，只要　厂艺及装备选择　适当，劳动组织合理，技术和管理水平跟上，是切实　可行和十分有效的，对今后矿乃至西南片区薄煤层　

综采实现高产高效提供了可借鉴的经验，具有较高　

的推广价值。　（收稿日期：２０１７—３—９）　

（上接第１００页）　

边界图确定了矿区达产第二年末的端帮位置，通过　实地勘探，资料整理汇总，得到该端帮处地质岩层　

分布情况及各个岩层物理力学性质指标，运用　ＦＬＡＣ３Ｄ软件比较准确地建立了端帮３Ｄ数值模型。　

数值模型反应了各个岩层的分布情况，分别对模型　中的不同岩层赋予相应的参数值，基于强度折减法　

对模型进行模拟运算，得到该露天矿达产第二年末　端帮边坡安全系数１．５２，大于１．３，边坡稳定性较　

好。依照此种方法，可以分别对矿区达产１～５年内　的端帮边坡稳定性进行分析，进而为预测露天矿开　

采过程中边坡滑体的发展趋势、边坡的设计施工提　供决策依据。　

参考文献：　

【ｌ】彭文斌．ＦＬＡＣ３Ｄ实用教程【Ｍ】．北京：机械工业出版社，　

２００９．　［２】陈育民，徐鼎平．ＦＬＡＣ／ＦＬＡＣ３Ｄ基础与工程实例【Ｍ］．北　

京：中国水利水电出版社，２００８．　［３】李江，张利忠．宝日希勒露天矿采场边坡分区及稳定性　

分析研究【ＪＪ．露天采矿技术，２０１０（１）：２４—２５．　【４］沈金瑞，林杭．多组节理边坡稳定性ＦＬＡＣ３Ｄ数值分析　

［Ｊ１．中国安全科学学报，２００７（１）：２９—３２．　［５】林弘磊，欧源．基于ＦＬＡＣ３Ｄ的强度折减法的边坡稳定　

性分析『Ｊ］．四川建筑，２０１０（２）：８７—８８．　【６］Ｊｉｎ　Ｗｏｎ，Ｋｗａｎｇｈｏ　Ｙｏｕ，Ｓａｎｇｓｅｏｍ　Ｊｅｏｎｇ，Ｓｌｌｉｌ　Ｋｉｍ．　Ｃｏｕｐｌｅｄ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｉｎ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｐｉｌｅ——ｓｌｏｐｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ．　

［Ｊ】．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ　ａｎｄ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃｓ，２００５（３２）：３０４—３１５．　

作者简介：　

张元杰（１９８９一），男，山西运城人，２０１２年毕业于华北科　

合集下载

FLAC3D技术在边坡稳定性分析上的应用

FLAC3D技术在边坡稳定性分析上的应用

第３６卷第２６期　２　０　１　０年９月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥ（了ｒＩ　ＲＥ　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．２６　Ｓｅｐ．２０１０　・９７・　

文章编号：１００９。６８２５（２０１０）２６—００９７—０２　ＦＬＡＣ３Ｄ技术在边坡稳定性分析上的应用　

封凡忠马云龙　摘　要：通过采用ＦＬＡＣ３Ｄ分析大坝边坡的变形破坏，模拟了边坡在天然状态下的应力状态，归纳了边坡开挖对边坡稳　定性的影响，并做出相关评价，从而为大坝安全评估奠定了基础。　关键词：ＦＬＡＣ３Ｄ，边坡，稳定性　中图分类号：ＴＵ４１３．６２　文献标识码：Ａ　１概述　岩石高边坡工程的稳定性分析是巫奇水电站开发中遇到的　重要课题，溢洪消能区左侧边坡的稳定性关系到整个电站建设的　安全经济和正常运行。因此，对溢洪消能区左侧边坡展开系统性　分析是非常必要的。ＦＬＡＣ３Ｄ是美国Ｉｔａｓｃａ　Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ　Ｇｏｕｐ　ｌｎｃ　开发的三维快速拉格朗日分析程序，该程序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的破坏或塑性流动的力学　行为，特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形。本文利　用ＦＩ　ＡＣ３Ｄ软件，对大坝边坡稳定性进行模拟并做出评价，为大　坝安全评估做出了依据。　２　ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟　２．１计算模型的建立与参数取值　溢洪消能区边坡三维模型以顺澜沧江方向下游为ｘ轴正　向，以垂直澜沧江方向为ｙ轴，正向指向山内，以铅直向上方向　为ｚ轴正方向。模型范围长６４０　ＩＴＩ（沿ｘ轴），宽６４０　ＩＴＩ（沿ｙ　轴），高从海拔高度５００　ｍ到地面。模型的形态和结构主要参照　地形图、工程地质平剖面以及平切图，模型共划分３５３　９４０个单　元，６９　７７４个节点。　各级岩体的物理力学参数如表１所示。　表１岩体物理力学参数表　体积模量　剪切模量　岩体容重　内聚力　摩擦角　抗拉强度　岩体类型　岩性　ＧｌＰａ　ＧＰ　ｋＮ／ｒｎ２　ｍ　（。）　ｍ　Ⅱ　ｌ１　１ｌ　８　３３　２６　１　２　０　５２　４　４　８　ｍ　１０　ｏ０　６　００　２５　５　１　１　４７　７　３　８５　死冈有　Ⅳ　３　０３　１　５６　２４　０　Ｏ　６　３８　７　３．２５　Ｖ　０　４２　０　１９　２２　０　Ｏ　１５　３１　０　０　Ⅱ　１０　７ｌ　７　３８　２７　０　１　６　５１　３　３　５０　Ⅲ　６　９４　３　９７　２６　５　０　９　４５　０　２　１Ｏ　砂泥岩　Ⅳ　１　１９　Ｏ　５８　２５　２　０　４　３５　０　Ｏ　６８　Ｖ　Ｏ　２１　０　０７　２３　Ｏ　０　１　２６　６　０　计算采用ＦＬＡＣ程序中适用于岩土材料的Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ弹　塑性模型。模型的力学边界采用前后（ｙ轴方向）、两侧（ｘ轴方　向）及地面（Ｚ轴方向）约束。　２．２天然状态下的边坡稳定分析　这里进行天然状态分析目的在于，确定模型边界条件下边坡　初始应力场特征，这也是ＦＬＡＣ３Ｄ进行全过程模拟的基础，由计　算结果得出如下认识：　总体上，天然状态下边坡应力场的分布较为均匀，最大主应　力量值为０．０５　ＭＰａ～９．８９　ＭＰａ，且随深度变化符合一般地应力　场分布规律，即以自重应力为主，自上而下，最大主应力呈逐渐增　大的趋势，见图１。　最小主应力的分布规律与最大主应力的分布相似，大小为　０．７６　ａ～３．６０　ＳＰａ，也随深度的增加而增大，并且在边坡的表　面，局部出现拉应力，大小在０．５　ＭＰａ～０．７　ＭＰ８。图２为初始阶　段系统不平衡力的演化过程曲线。可以看出，随着迭代时步的进　行，系统不平衡力逐渐衰减，即系统经过变形及应力的调整，能够　达到自我平衡的状态。　

基于FLAC3D的边坡稳定性分析与数值模拟

基于FLAC3D的边坡稳定性分析与数值模拟

基于FLAC3D的边坡稳定性分析与数值模拟

一、简介

边坡稳定性分析在工程领域中有着重要的作用。它涉及到建筑、交通、水利、矿山等各个领域。对于一个边坡的稳定性分析，既可以通过经验式来求解，也可以使用数值模拟的方法来模拟。不过经验式的只提供了一种极为近似的方法，它的不精确性会极大影响到工程的稳定性，因此本文将着重讨论与介绍基于FLAC3D的边坡稳定数值模拟。

二、FLAC3D介绍

FLAC3D是三维有限差分数值模拟软件，它可以对不同地质结构进行分析，用于工程设计和施工中的不同步骤。它不同于其他软件在于它的第一原则是保证“力学流变关系与物质本质无关”，也就是说它考虑了岩土材料的物性力学关系，基本上可以表示材料弹性、塑性和损伤行为。

三、FLAC3D边坡稳定性分析建模

1.模型建立

边坡建模过程中，首先需要进行数据输入。包括边坡的空间坐标、地层的力学特性、边坡各部分的理论参数以及模拟的初始状态等。其次，建立边坡的三维模型，并将其导入FLAC3D中，进行有限差分离散化有限元分析。

2.力学特征参数

建立模型后，需要输入材料特性参数。边坡材料类型、岩石力学特性参数、孔隙度等参数必须输入，以及整个模拟的潜在地震活动参数，还需要进行弹性模量、泊松比、拟合合金数量等参数的选取和计算。

3.模拟结果 有限差分离散化分析后，在FLAC3D的图形用户界面上显示出边坡的应力、应变、位移、位移梯度、杆升沉和过程时间等参数。这些参数可以分别被检测和评估，对于模拟结果的评估相当重要。

四、FLAC3D数值模拟的优势与不足

1.优势

一方面，FLAC3D基于真实岩体力学模型，同时考虑了地震影响对边坡稳定性的影响，模拟结果更加真实可靠。另一方面，FLAC3D模拟具有可重复、精确、精细的特点，它捕捉到了许多实际难以测量或难以理解的复杂现象。

2.不足

FLAC3D模拟过程需要输入大量的实验数据，并且计算量也比较大，所以对计算机的要求较高，模拟过程的时间和稳定性需要保持充分的考虑。

基于FLAC3D的边坡稳定性位移分析

基于FLAC3D的边坡稳定性位移分析

基于FLAC3D的边坡稳定性位移分析

研究区原始地形在西部、东部、北部均为河谷，高程约为 101~104 米，由山脊三级阶地往下还分布有二级阶地、一级阶地及河漫滩。因而原始地形往西部逐渐降低，自然坡度在8~30°左右，往北山脊高程逐渐降低，由153.1米降至128米。介质的弹塑性状采用摩尔库伦本构模型描述，依据大量的岩土力学特性的测试研究和工程地质类比，确定模型中各类介质的物理力学指标如表1。

表1 边坡物理、力学参数表

计算采用FLAC3D[1]程序中，采用于岩土材料的模型为Mohr-Coulomb弹塑性模型。模型的力学边界采用前后（Y轴方向）、两侧（X轴方向）及地面（Z轴方向）约束。

2 边坡整体稳定性的数值模拟分析

采用摩尔库伦模型，对上述模型进行非线性数值模拟，非线性的解法采用常刚度增量-初应力法。在重力的作用下，进行计算边坡在天然状态下的位移及应力模拟，得到位移及应力采样记录图、安全系数及弹塑性区域等图。

在FLAC3D中，以下的所有计算结果，压力矢量 “＋”表示拉应力，“－”表示压应力；位移矢量的表示以坐标轴方向为准，即X、Y、Z轴方向的正方向为正，负方向为负。模型分析中涉及到的坡面均为边坡的正中剖面。

边坡稳定性位移分析如下：

通过FLAC3D[2, 3]程序可以得到通过指定点的位移采样记录痕迹，通过采样记录节点1（16,0

22）；2（27,0,20）的位移。得到位移采样记录图。

图4.6 点2（27,0,20）x轴位移采样记录图

由图1、图2可以看出，节点1（32.5,0,7.5）的在x 方向位移在初始条件下是不稳定的，有较大的位移量，也就是说点1所在区域的岩土体在边坡自身重力作用下是不稳定的。

节点1在z方向的位移则是随着迭代时步的增加而不断增大，并且会达到一个峰值，在边坡中表现为沉降量逐渐增大，这是由于在边坡岩土体自身重力作用下，会产生下滑力。

由图2、图3可以看出，节点2（17.5,0,10）在x方向的位移变化较快，并且初始条件下会有较大位移。表明此节点处边坡不稳定状态，滑动变形量会影响到边坡的稳定性，x方向表现为“剪切”，最大位移为-2.60x10^-6。

浅析FLAC3D软件在边坡稳定性分析中的应用

浅析FLAC3D软件在边坡稳定性分析中的应用

浅析FLAC3D软件在边坡稳定性分析中的应用

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。首先,FLAC3D软件运用显式解析法,其无需构建刚性矩阵模型,内存的使用较少,很大程度上加快了运算速度。其次,FLAC3D软件运用混合离散法,可以准确地模拟多种材料的塑性破坏及流动问题,另外相关用户还可以运用滑动面来规划模拟节理和断层。再次,FLAC3D软件运用动态方程解析法,克服了消除了系统模型内的不稳定因素。经分析运用可知,FLAC3D软件是岩土边坡工程稳定性分析不可或缺的工具,与其它有限元软件相比,它可直接进行岩土分析,无需对软件进行再次转型。