基于FLAC 3D模拟和强度折减法的滑坡稳定性计算

Value Engineering0引言滑坡作为一种常见的地质灾害在我国频繁发生并且分布广泛，不仅破坏基础设施，影响各工程的施工与建设，还阻碍国家的经济建设与发展进程，并对人民群众的生命财产安全造成严重的影响。

滑坡地质灾害如果处理不及时，将会造成一定的设施破坏、财产损失甚至是人员的伤亡[1-3]。

因此，研究分析滑坡地质灾害的成因和机理及滑坡的防治措施等一直是工程地质领域的热点问题。

瞬时暴雨或长期降雨等条件下诱发滑坡是土质边坡中最容易发生的类型[4]。

针对降雨条件下的边坡稳定性，众多学者主要从多个方面进行了相关的研究。

目前边坡稳定性分析评价的主要方法是极限平衡法和数值模拟法。

数值模拟分析方法包括有限单元法、有限差分法、离散单元法等。

李安润等[5]通过极限平衡法和有限元数值分析方法，对降雨条件下某堆积体边坡进行了稳定性分析，并提出了合理的防治措施。

Chang等[6]采用PFC数值模拟软件分析研究了某黄土滑坡在地表水入渗条件下边坡的失稳破坏过程。

回恒酉等[7]采用传统极限平衡理论的条分法和数值模拟的Flac3D方法进行对比分析，得出Flac3D 法分析条件更加完善，在理论上更加可靠，而条分法计算理论理想化，计算结果偏保守的结论。

李振江等[8]通过GeoStudio软件对暴雨工况下的南京某下蜀土滑坡进行了模拟分析，研究了暴雨条件下边坡的孔隙水压力和位移变化，并对应急治理措施进行了检验分析。

张树轩等[9]利用Flac3D模拟分析了甘肃天水红旗山黄土滑坡的稳定性，为潜在强震区地震滑坡的变形机理及防震减灾研究提供了可靠依据。

Flac3D数值模拟法是近年来比较流行的边坡稳定性计算分析方法，主要应用于土质滑坡，在岩质滑坡方面，相对应用较少。

本文以江苏西南部一土质边坡为研究对象，结合现场监测数据，采用Flac3D软件对边坡进行稳定性评价及变形破坏机理分析，为滑坡防治提供参考。

1工程概况1.1边坡基本特征江苏省西南部某一典型土质边坡现状如图1所示。

基于FLAC3D模拟和强度折减法的滑坡稳定性计算
桂蕾;殷坤龙;翟月
【期刊名称】《安全与环境工程》
【年(卷),期】2011(018)006
【摘要】滑坡稳定性分析是研究滑坡风险、监防工程的基础.本文以万州区金金子滑坡为例,通过对滑坡监测资料的分析及滑坡计算工况的选取,建立了该滑坡三维地质模型和地下水位模型,同时采用FLAC3D软件模拟并结合强度折减法的思想对该滑坡进行了稳定性计算,并将其计算结果与极限平衡法相比较,结果表明:基于FLAC3D软件模拟与强度折减法结合的滑坡稳定性计算简单可行,计算得到的滑坡稳定性系数略高于极限平衡法；但强度折减法折减系数有待加权取值以提高精度.【总页数】6页(P9-14)
【作者】桂蕾;殷坤龙;翟月
【作者单位】中国地质大学工程学院,武汉430074;中国地质大学工程学院,武汉430074;中国地质大学工程学院,武汉430074
【正文语种】中文
【中图分类】X43
【相关文献】
1.基于强度折减理论的西南某库岸滑坡稳定性FLAC3D分析 [J], 李勤光
2.基于FLAC3D强度折减法滑坡三维稳定性研究——以三峡库区白果树古滑坡群为例 [J], 陈新泽;唐辉明;杨有成;胡斌;倪俊
3.基于强度折减有限元法的边坡稳定性计算 [J], 陈可文;潘海琳
4.基于强度折减有限元法的边坡稳定性计算 [J], 陈可文;潘海琳
5.基于双强度折减法的滑坡数值模拟研究 [J], 王念秦;魏亮
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基于 FLAC3D的滑坡治理方案可行性分析研究摘要：滑坡的治理方案对于保证滑坡稳定性和减少人民生命财产安全至关重要。

本文以重庆市某滑坡为研究对象，基于有限差分软件FLAC3D通过内置Extrusion板块建立滑坡三维模型，开展了滑坡治理方案可行性的数值模拟研究。

研究结果表明：该滑坡在桥梁施工期间出现明显滑动面，滑坡前缘位移12.14cm，稳定性系数为1.06，低于1.30，滑坡处于欠稳定状态，在受到桥梁施工活动扰动后存在复活的可能性；该滑坡采用抗滑桩治理后位移减小至1.63cm，稳定性系数提高至1.42，滑坡处于稳定状态。

研究结果有效验证了该治理方案的可行性，为后一步滑坡治理方案的优化设计奠定了基础，同时也为类似滑坡治理工程提供了参考和借鉴。

关键词：FLAC3D；滑坡治理；抗滑桩；可行性研究Feasibility Analysis of Landslide Control Scheme Based on FLAC3DAbstract: The treatment scheme of landslide is crucial to ensurethe stability of landslide and reduce the safety of the life and property. In this paper, a landslide in Chongqing is taken as the research object. Based on the finite difference software FLAC3D, the three-dimensional model of the landslide is established through thebuilt-in Extrusion plate, and the numerical simulation research on the feasibility of the landslide treatment scheme is carried out. Theresults show that the landslide has an obvious sliding surface during the construction of the bridge. The displacement of the front edge of the landslide is 12.14 cm, and the stability coefficient is 1.06,which is lower than 1.30. The landslide is in an unstable state thereis a possibility of resurrection after being disturbed by bridgeconstruction activities. After the landslide was treated with anti-slide piles, the displacement decreased to 1.63 cm, the stability coefficient increased to 1.42, and the landslide was in a stable state. The research results effectively verify the feasibility of thetreatment scheme, lay a foundation for the optimization design of the subsequent landslide treatment scheme, and also provide reference for similar landslide treatment projects.Key words: FLAC3D; Landslide control; Anti-slide pile; Feasibility study0引言滑坡是山地工程建设中常遇到的一种地质环境，对于工程建设的影响非常大，尤其是工程建设过程中往往会开挖山体，进一步扰动滑坡体，使老滑坡复活。

基于FLAC3D的边坡稳定性分析自编强度折减程序的修正刘汉东;贾聿颉【摘要】Safety factor has a guiding significance in the slope stability analysis, and the finite element strength subtraction can get safety factor automatically according to the results of the calculation. But it also has deficiencies:firstly, the existing strength reduction program is compiled in the deflection;secondly, geotechnical material has two strength indexes of c and tanφ, if using the same reduc-tion factor, the two indexes in the process of reduction will fall by the same proportion, but it is not the case in the actual situation. Based on the finite element numerical calculations for obtaining the safety factors in FLAC3D, we discuss the accuracy of the self-made strength reduction program and the deflection of results. And by conducting a test according to the strength reduction deficiencies in the process of numerical calculations, we can get the correlation coefficient between c and tanφ, that is, we put forward a reasonable cor-rection coefficientβ, to amend the precision and bias. Verified by test, safety factors computed by the self-made strength reduction pro-gram show a ladder-like distribution, and have a certain relation with critical values of the defined safety factors. In addition, the cor-rection coefficient can better amend the deflection of the self-made strength reduction program and the error rate of safety factors is con-trolled with ± 0.5%,which improve the precision of the results.%安全系数是边坡稳定性分析中的一个有指导意义的概念,强度折减法可根据计算结果自动获得安全系数.其不足之处在于:已有的自编强度折减程序偏差较大;岩土材料有2个强度指标黏聚力c与内摩擦角的正切值tanφ,若采用同一个折减系数,意味着在折减过程中这2个指标将按同一比例下降,但实际情况并非如此.本文以FLAC3D求解安全系数的过程为基础,探讨了自编强度折减程序的精度以及结果偏差问题;针对强度折减数值计算过程中的不足之处进行试验,得到c与tanφ之间的折减相关系数,由此提出一个较为合理的修正系数β以修正精度和偏差.经检验:自编强度折减程序求解的安全系数呈阶梯状规律分布,且与定义的安全系数上、下限之差的临界值呈一定关系;文中提出的修正系数能较好地修正自编强度折减程序的偏差,安全系数的误差率控制在±0.5%以内,提高了计算结果的精度.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】4页(P59-62)【关键词】安全系数;强度折减;FLAC3D;修正系数;自编强度折减程序;数值模拟【作者】刘汉东;贾聿颉【作者单位】华北水利水电大学,河南郑州450045;华北水利水电大学,河南郑州450045【正文语种】中文【中图分类】P642.2220世纪80年代,强度折减法开始兴起.强度折减法兼有数值分析法与经典极限分析法两者的优点,特别适用于岩土工程的分析与设计[1].时至今日,计算机性能的提高以及各种成熟商用软件的更新,使得强度折减法成为岩土工程数值模拟研究的一大热点,在边坡评价中起着越来越重要的作用.郑颖人等[2-5]深入研究了强度折减在边坡应用中的判据、屈服准则的选用等.薛雷等[6]研究了在非均质边坡中强度折减范围的选取,并讨论了不同折减范围对分析结果的影响.谭波等[7]将强度折减法应用于膨胀土边坡稳定性及滑坡处治效果分析中,研究了膨胀土滑坡的规律.连镇营等[8]应用强度折减有限元法对开挖边坡的稳定性进行了较为全面的研究,认为与强度指标相比,弹性模量、泊松比等对边坡的安全系数影响不大.张鲁渝等[9]通过算例分析,认为应用强度折减法得到的安全系数离散度极小,且比简化Bishop法的平均高出5%～7%.关于强度折减的研究在不断发展和深化,有些问题到目前为止仍未得到有效的解决.例如,岩土材料有2个强度指标c与tanφ,却采用一个强度储备安全系数,这意味着2个指标按同一比例下降,而实际情况并非如此,这是用强度折减法求解安全系数的不足之处.笔者借鉴前人的研究结果,在FLAC3D自编强度折减程序的基础上,对这一不足之处进行研究,给出修正设想,并进行验证.强度折减法中边坡安全系数的定义是，边坡达到临界破坏状态时,对岩土体的抗剪强度折减的程度.即安全系数定义为岩土体的实际抗剪强度与临界破坏时的剪切强度的比值.主要是利用公式(1)对岩土体的c和φ进行折减调整,然后对边坡稳定性进行分析.式中:cF为折减后的黏聚力;φF为折减后的内摩擦角;Ftrial为折减系数.通过不断地调整折减系数、计算,直至边坡达到临界极限破坏状态,此时的折减系数即为安全系数.FLAC3D采用“二分法”求解安全系数[10],以缩短求解时间.FLAC3D采用的是有限差分原理,自编程序通过清除先前一步的计算结果,同时更新安全系数的上、下限值,然后采用其他非空本构模型来激活网格单元,接着进行下一次强度折减后的计算.如此反复循环计算,直至上、下限值之差小于设定限值,终止执行整个强度折减程序,此时上、下限的均值即为最终的安全系数.针对强度折减法的不足,在足够数量的数值模拟试验的基础上,发现在一定范围内,c 与tanφ呈一定规律折减.按单因素分析,固定c的折减系数,对tanφ折减系数引入一个修正系数β进行分析.即按照对自编强度折减程序进行修改,重新试验.此处以FLAC3D内置的求解安全系数的计算结果为依据,不断修正β值,直至修正过的程序所得安全系数可在设定范围内趋近于内置程序得到的安全系数.整理总结资料,分析发现修正系数的变化与自编程序中所设置的安全系数上、下限之差的临界值(ait1)之间存在一定关系,见表1.由此,提出新的修正后的强度折减规律为:以一个经典边坡为分析对象,检验在FLAC3D中应用修正过的强度折减法求解安全系数的过程及结果的精度.图1为分析模型的示意图.计算所采用的岩土体物理力学指标取为:密度ρ=2 000 kg/m3,体积模量K=100 MPa,剪切模量G=30 MPa,黏聚力c=12.38 kPa,内摩擦角φ=20°,抗拉强度σ′=10 000 MPa.该分析模型中,x方向取20.0 m,y方向取0.5 m,z方向取13.0 m,坡高10.0 m,坡度45°.对模型底面x、y、z方向的速度进行约束,对两侧边水平方向速度加以约束,对所有节点的y方向速度进行约束,然后进行平面应变分析.3.2.1 FLAC3D内置的强度折减程序使用solve fos 命令调用FLAC3D 内置的强度折减程序.程序运行后,得到边坡的安全系数和剪切应变增量云图及速度矢量图,如图2所示.从图2中可以看出:塑性区已经贯通,形成了潜在滑动面,贯通区域已经出现明显滑动,发生了破坏,速度矢量也证明了这一判断.通过相关fish语言命令可以得到精度较高的安全系数值:3.2.2 自编的强度折减程序运行自编FLAC3D强度折减程序,得到该边坡的剪切应变增量云图及速度矢量图,如图3所示.得出安全系数ks=1.039 062 500 000e+000,与采用FLAC3D内置的求解安全系数命令solve fos得到的结果比较接近,但其所用时间要比内置强度折减程序所用时间少得多.通过2种方法的对比分析发现,剪切应变增量及速度矢量的位置和分布范围相较于内置强度折减程序计算的结果并未发生明显变化.以运用FLAC3D内置的强度折减程序得到的安全系数fos1为基准值,探讨c与tanφ的折减规律,并检验修正程序的计算结果.3.3.1 计算结果的变化规律上文自编程序在强度折减程序中自定义了安全系数上、下限之差的临界值(ait1),它是强度折减终止的重要条件.在这里首先讨论不同的临界值下,程序计算结果的精度问题.在ait1取0.000 01～0.020 00时,通过足够数量的数值模拟试验,得到安全系数与临界值之间的关系,结果见表2并如图4所示.由图4可以看出,安全系数随着临界值的变化呈阶梯型变化,发生了3次突变.临界值(ait1)的初始值设置得越小,得到的安全系数就越接近基准值,精度越高,误差越小.3.3.2 修正系数的可靠性和精度利用公式(2)重新验算各临界值ait1下的安全系数,与自编程序得到的初始的安全系数值进行比较,计算误差见表3.由表3可以看出,折减系数经修正后,安全系数的误差率在±0.5%以内,精度得到大大提升.这证明所得到的修正系数是可靠的,所用的式(2)是正确的.综上所述,按照给定的修正系数对自编程序进行修正后能够得到更为合理的结果.1)自编强度折减程序求解边坡安全系数的结果显示,安全系数随着临界值(ait1)的变化呈阶梯型变化,发生了3次突变.临界值(ait1)的初始值设置得越小,精度越高,偏差越小.2)以自编强度折减程序为基础,针对强度折减数值计算过程中的不足之处进行修正,得到c与tanφ之间折减变化时的相关关系,提出一个较为合理的修正系数β以及对应的折减公式,并检验了其可靠性;折减系数经修正后,安全系数的误差率控制在了±0.5%以内,精度得到大大提升.【相关文献】[1]郑颖人,赵尚毅,邓楚键,等.有限元极限分析法发展及其在岩土工程中的应用[J].中国工程科学,2006,8(12):39-62.[2]郑颖人,赵尚毅,宋雅坤.有限元强度折减法研究进展[J].后勤工程学院学报,2005(3):1-6.[3]赵尚毅,郑颖人,张玉芳.有限元强度折减法中边坡失稳的判据探讨[J].岩土力学,2005,26(2):332-336.[4]宋二祥.土工结构安全系数的有限元计算[J].岩土工程学报,1997,19(2):1-7.[5]栾茂田,武亚军,年延凯.强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用[J].防灾减灾工程学报,2003,23(3):1-8.[6]薛雷,孙强,秦四清,等.非均质边坡强度折减法折减范围研究[J].岩土工程学报,2011,33(2):275-280.[7]谭波,杨和平.有限元强度折减法在膨胀土路堑滑坡分析中的应用[J].公路,2006(4):171-176.[8]连镇营,韩国城,孔宪京.强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性[J].岩土工程学报,2001,23(4):408-411.[9]张鲁渝,郑颖人,赵尚毅,等.有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究[J].水利学报,2003,34(1):21-27.[10]颜庆津.数值分析[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.。

FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中的应用FLAC3D是目前广泛应用于地质与土木工程领域的有限元数值分析软件之一。

在滑坡稳定性分析评价中，FLAC3D可以帮助工程师们更全面、准确地评估滑坡的稳定性。

下面我们将详细介绍FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中的应用。

首先，FLAC3D可以模拟地下岩土层的变形及破坏过程，从而模拟滑坡的形成和发展过程。

FLAC3D采用块体离散法，通过将地下岩土划分为多个离散的块体，进而实现整个体系的破坏过程计算和控制。

这种方法可以有效地模拟不同岩土层的不同本构特性和力学行为，从而得出不同状态下的应力、应变和位移的分布和变化。

例如，可以对不同地质结构下的岩土体力学特性进行分析，得出岩土体的承载能力和变形能力等重要参数。

其次，FLAC3D可以进行统一的滑坡稳定性分析和评价，为工程师提供全面的结论。

FLAC3D可以利用强大的稳定性分析方法，如普通拟静力分析、动力分析、弹塑性分析和蠕变分析，从而得出一个综合而准确的结论。

这些算法可以帮助工程师更好地了解岩土体动态变化和互相影响的影响因素，给出一些预测结果和规划建议。

例如，可以计算在斜坡不同位置和不同加载条件下的安全系数和最不利的滑坡面，从而为滑坡稳定性评估和风险预测提供了准确、全面的基础数据。

最后，FLAC3D可以有效地对滑坡发展过程中各种参数进行优化，提高工程质量和安全性。

FLAC3D可以模拟岩土层在滑动过程中的应力变化、变形、裂缝发展等重要特性，同时还可以计算施工过程中引起的影响因素。

这些结果可以帮助工程师优化方案，以最小的成本和最大的效益来维护工程质量和安全性。

例如，工程师可以分析当前状态下滑坡面的位置、大小、坡度等因素，针对不同的地质条件和环境要求，选择相应的加固措施和材料，提高工程质量和安全性。

综上所述，FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中具有非常重要的应用价值。

FLAC3D采用块体离散法、强大的稳定性分析方法和多种优化技术，可以帮助工程师全面而准确地分析不同地质条件下的滑坡稳定性，为工程规划和实施提供可靠的依据。

FLAC 3D强度折减理论在边坡稳定分析中的应用季聪;佴磊;马宏;佘小光;刘录君【摘要】FLAC3D是岩土工程中广泛应用的软件.本文主要介绍强度折减理论的基本原理,利用基于强度折减法的FLAC3D软件,对某高速公路K377+ 230 ～ K377+ 520段滑坡体进行数值模拟.计算边坡在自重作用达到初始化平衡状态时,边坡的横向与竖直方向的应力与位移,分析出边坡的破坏机制为牵引式滑坡,通过强度折减理论计算出边坡的稳定系数为0.97,由剪切应变增量云图确定边坡的滑动面.%FLAC 3D is a widely applied software in geotechnical engineering. We mainly introduce the principle of strength reduction theory. Numerical simulation on the K377 + 230 ~ k377 + 520 section of a highway has been made by FLAC 3D sofeware based on strength reduction theory. To calculate the slope lateral and vertical stress and displacement when the slope gets to the initialization equilibrium condition in dead weight function, then to analyze the result that the slope failure mechanism was retrogressive landslide; after that to calculate the slope stability coefficient as 0. 97 through the strength reduction theory, finally to determine the sliding surface by the shear strain increment chart.【期刊名称】《世界地质》【年(卷),期】2013(032)001【总页数】7页(P158-164)【关键词】FLAC3D;强度折减理论;滑动面;稳定系数【作者】季聪;佴磊;马宏;佘小光;刘录君【作者单位】中水东北勘测设计研究有限责任公司,长春130021【正文语种】中文【中图分类】P642.220 引言边坡工程是岩土工程领域的一个分支，其稳定性研究一直是个热点课题。

基于FLAC3D的边坡稳定性安全系数分析1.1地形地貌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。

1.2工程地质岩组（1）地层滑坡体及其所处山脊地层由老至新分布为：①古生界二叠系下统柯岛组(P1K2)，由柯岛组中的上亚组杂色凝灰质砂岩组成，是本次滑坡研究区内最老的地层。

②新生界第四系更新统（Qp2nl），由卵石夹粗砂层组成。

③第四系全新统Ｑh，由残坡积层组成,其下部为基岩风化物，上部有少量耕植土该层厚度仅0~2m，主要分布于山脊及山坡上。

（2）工程地质岩组削坡前对滑坡按岩性将其分为三个组，其中第一岩性组为滑坡地下水位以上的二叠纪柯岛组凝灰质砂岩层，第二岩性组为地下水位以下饱水二叠纪柯岛组凝灰质砂岩层，第三岩性组为花岗岩层。

1.3地质构造（1）岩层产状山脊三级阶地下分布的二级阶地、一级阶地及河漫滩，自然坡度在8~30左右，往北山脊原始坡度较小，直至到达河后自然坡度才较大，达8~20左右。

研究区东部同样由山脊上的三级阶地逐渐过渡至布尔哈通河河漫滩，但自然坡度较缓，约为8~10左右。

杂色凝灰质砂岩倾向北东，倾角在14°~22°左右。

（2）断层研究区内主要分布有断层F1、F2及F3（NW60°~ NW88°间），其中F1及F2走向均为SE145°,近于平行，倾角约60°~ 70°，倾向SW。

F2断层带宽约11m，断层带内充填断层泥及破碎角砾，断层泥多呈深灰黑色，强度极低，断裂带内具有大量的水平向擦痕，断层泥呈极光亮镜面。

在F１通过路基部位，形成了滑坡体的最深滑动面。

F1断层带宽约10m，其下盘主要为深部相花岗岩分布。

（3）节理裂隙对滑体内岩体进行了节理统计，在研究区内有两组节理较为发育，一组为倾向NE，倾角约30°左右，另一组为倾向SW，倾角15°~18°。