下载文档原格式
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。
利用FLAC3D分析某边坡地震稳定性一、本文概述随着全球气候变化和人为活动的加剧，地震等自然灾害对人类社会和自然环境的影响日益显著。
边坡作为地壳表面的一种常见地貌形态，其稳定性对于防止地质灾害、保护人民生命财产安全具有重要意义。
FLAC3D作为一款广泛应用于岩土工程领域的数值模拟软件，其强大的三维有限差分计算能力使得它成为分析边坡地震稳定性的重要工具。
本文旨在利用FLAC3D软件，针对某一具体边坡进行地震稳定性分析，探讨其在不同地震动作用下的响应特征，以期为边坡工程的设计、施工和维护提供理论支持和决策依据。
本文首先将对FLAC3D软件的基本原理和计算方法进行简要介绍，阐述其在边坡稳定性分析中的适用性。
接着，结合某一具体边坡的实际情况，建立相应的数值模型，并设定不同等级的地震动作为输入条件。
通过数值模拟，分析边坡在地震作用下的变形、应力分布以及破坏模式，探究边坡的稳定性变化规律。
本文还将讨论不同影响因素，如边坡几何形态、材料性质、地震动强度等对边坡稳定性的影响，以期全面评估边坡的地震稳定性。
通过本文的研究，旨在深入了解FLAC3D在边坡地震稳定性分析中的应用，为边坡工程的安全设计和有效管理提供科学依据。
也为类似工程问题的研究提供参考和借鉴。
二、FLAC3D软件介绍FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions）是一款由Itasca公司开发的专门用于模拟岩土工程问题的三维显式有限差分程序。
该程序基于拉格朗日描述，能够模拟岩土体在复杂应力路径下的变形和流动行为。
由于其强大的计算能力和灵活的建模方式，FLAC3D在岩土工程领域得到了广泛的应用。
FLAC3D的核心优势在于其能够模拟岩土体的弹塑性行为、大变形、流动和破坏过程。
程序内置了多种本构模型，如Mohr-Coulomb 模型、Drucker-Prager模型等，这些模型能够准确描述岩土体的应力-应变关系。
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.。
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数值模拟求解边坡安全系数作者：刘丰来源：《山东工业技术》2014年第23期摘要：本文结合鹤大高速公路某段路堑边坡，利用FLAC3D软件模拟模拟岩土边坡，求解该边坡的安全系数，并将分析结果与简化毕肖普条分法分析结果进行比较验证，结果发现利用数值模拟分析可以有效的解决工程复杂等因素的影响，具有很好的适用性。
关键词：强度折减法；边坡安全系数；FLAC3D0 引言在公路的设计与建设工程中，岩土边坡的稳定性历来是岩土工程领域的一个热点研究课题，也是公路施工以及维护考虑的重点，公路边坡主要的荷载来源是其自身的重力以及公路的上部的各种荷载，人们通常采用安全系数来评价其稳定性状态。
安全系数是以极限平衡法为基础的一种评价指标，由于其原理简单、物理意义明确，而成为边坡稳定性分析中的重要、关键指标。
1 强度折减法强度折减法是在边坡刚好达到临界破坏状态的时候，对岩土体的抗剪强度进行折减并达到一定的程度[1]。
边坡的安全系数通常的定义是研究的岩土体实际抗剪强度与临界破坏时的折减后剪切强度的比值[3]。
强度折减法主要是通过公式（1）和（2）来调整岩土体的c和。
在数值模拟分析过程中，通过不断的增加折减系数，并进行反复的计算，知道其达到了临界的破坏，这时的折减系数就是安全系数Fs。
其中：为折减后的内聚力、为折减后的内摩擦角、为折减的系数。
2 数值模拟分析2.1 工程简介本文实例分析采用的是鹤大高速公路某段，线位带自东北向西南展布于长白山山脉南部山区腹地，地势总体东北高西南低。
研究区设计带属于湿带大陆性气候，四季分明，气温变幅较大，降水量随季节变化明显。
沿线地层构造属华北地层分区之辽东分区，地层以前震旦纪的混合岩、侵入岩和变质岩为主，山间河谷及其两侧上覆第四纪松散土体。
主要为上更新冲积层，上部岩性具有二元结构，上部为棕黄色、褐色亚砂土、亚粘土，下部为黄褐色、灰白色砂砾石、砾卵石和漂石层。
2.2 模拟网格模型模拟的边坡坡高为8m，基底土体厚度为3m，边坡 H/B = 1/1，坡角距离左边界2m，坡顶距离至右边界取10m。
基于极限平衡法和强度折减法的边坡稳定性对比分析摘要：为分析某矿露天开采时最终边坡的稳定性，分别采用极限平衡法和强度折减法计算边坡的安全系数，采用理正软件和FLAC3D软件作为计算工具，建立边坡模型，分别运用Morgenstern-Price法和强度折减法对最终边坡的稳定性进行计算，依据《非煤露天矿边坡工程技术规范》(GB51016-2014)对最终边坡的稳定性进行评价。
分析结果表明：采用Morgenstern-Price法和强度折减法对边坡的稳定性分析结果基本一致，该矿山最终边坡稳定性较好。
关键词：边坡稳定性；Morgenstern-Price法；强度折减法0引言边坡稳定性一直是露天矿山面临的重大问题，时刻影响着矿山的安全生产，边坡稳定性分析中，先后发展了工程地质分析法、类比法、极限平衡法、数值分析方法和不确定性分析方法(可靠性方法、模糊数学方法、灰色理论方法、神经网络方法等)，随着计算机技术的发展，数值分析方法运用越来越广，目前国内外边坡稳定性分析法主要以极限平衡法和数值分析法为主。
极限平衡法主要有瑞典条分法、Bishop法、Janbu法、Spencer法、Morgenstern-Price法、Sarma法、平面直线法和不平衡推力传递法。
极限平衡法把边坡上的滑体视为刚体，利用滑体的静力平衡原理分析边坡在各种极限破坏模式下的受力状态，并以边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的比值定义为安全系数。
强度折减方法的基本原理是将岩土材料的黏聚力和内摩擦角等抗剪强度参数进行折减，用折减后的参数进行边坡的稳定性分析计算，不断降低强度参数直至边坡失稳破坏为止，破坏时的折减数值即为边坡的安全系数。
极限平衡法中，Morgenstern-Price法既能满足力平衡又满足力矩平衡条件，是国际公认的最严密的边坡稳定性分析方法[1]。
数值分析方法有如有限元法（ANSYS、Plaxis、ABAQUS）、离散元法（PFC、3DEC）、边界元法（BEM）和拉格朗日元法（FLAC），FLAC3D是基于连续介质快速拉格朗日差分法编制而成的数值模拟计算软件, 是目前岩土工程界应用最为广泛的数值模拟软件之一，该程序采用了显式有限差分格式来求解场的控制微分方程，并应用了混合单元离散模型，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。
