基于FLAC3D的陡坡路基不均匀沉降控制措施研究

基础不均匀沉降处理
在建筑工程中，地基处理是非常重要的一环。

基础不均匀沉降是指地基不同部位因为承载能力不同而导致的沉降不均匀。

这种情况会给建筑物带来很大的安全隐患，因此需要进行处理。

基础不均匀沉降的原因有很多。

例如，在地基施工中，由于地质条件、施工工艺等因素，可能会导致地基不均匀。

此外，地基上方的建筑物也会对地基产生影响，比如地下室的挖掘、地下管道的施工等，都会影响地基的承载能力。

基础不均匀沉降处理的方法主要有以下几种：
1.加固地基
加固地基是基础不均匀沉降处理的主要方法之一。

加固地基的方法有很多种，例如灌浆加固、加固桩等。

这些方法都可以增加地基的承载能力，从而减少基础沉降的不均匀性。

2.调整结构
如果建筑物已经建成，发现基础不均匀沉降的情况比较严重，那么可以通过调整结构来解决问题。

例如，在建筑物底部设置钢筋混凝土梁，以增加建筑物的稳定性。

另外，也可以在建筑物顶部设置钢框架等支撑结构，以减少建筑物的变形。

3.采用弹性支承
弹性支承是一种比较新的基础不均匀沉降处理方法。

这种方法利用弹性材料对基础进行支撑，可以有效减少基础沉降的不均匀性。

目前，弹性支承已经被广泛应用于桥梁、隧道等工程中。

4.采用沉降补偿技术
沉降补偿技术是一种比较先进的基础不均匀沉降处理方法。

这种方法利用高精度测量技术对建筑物的沉降进行监测，并采用相应的控制措施对建筑物进行调整，以保证建筑物的安全性。

基础不均匀沉降处理是建筑工程中非常重要的一环。

采用合适的处理方法可以有效减少基础沉降的不均匀性，从而保证建筑物的安全性。

基于FLAC 3D的高填方路基沉降变形因素分析蔡文霄;梁华;朱彦鹏;陈杰;李晓英【期刊名称】《水利与建筑工程学报》【年(卷),期】2017(015)006【摘要】以兰永一级高速公路典型高填方路基工程为背景,采用FLAC3D有限差分软件建立相应的路基二维模型,利用莫尔-库仑塑性本构模型计算高填方路基在不同高度、不同坡度、不同填料的位移变形,并记录所设置关键点处的水平位移与沉降量,得到填方高度、填方材料是影响高填方路基施工过程以及工后沉降的主要因素.在工程实际填筑过程中,每填筑3 m高埋设单点沉降计监测其沉降量.通过对比分析实测数据与模拟节点沉降量,得到两者结果基本相符,最大误差不超过允许范围的结论.为高填方路基的设计和施工提供了一定的参考.【总页数】7页(P199-205)【作者】蔡文霄;梁华;朱彦鹏;陈杰;李晓英【作者单位】广元市利州区固定资产投资审计中心 ,四川广元 628000;广元市利州区固定资产投资审计中心 ,四川广元 628000;兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心 ,甘肃兰州 730050;广元市利州区固定资产投资审计中心 ,四川广元 628000;广元市利州区固定资产投资审计中心 ,四川广元 628000【正文语种】中文【中图分类】TU43【相关文献】1.基于FLAC 3D对桩体置换模型沉降变形的进一步探讨 [J], 殷辰鹏;张怀静;孙宏伟2.基于FLAC3D的CFG桩复合地基沉降变形分析 [J], 张辰3.基于FLAC3D的桥坝基础沉降变形规律研究 [J], 荣富强;张伟兵;;4.基于FLAC3D的V型沟谷高填方路基稳定性分析 [J], 陈强; 李凤成; 于兴国; 舒中文; 曹正正; 汪维5.高填方路基稳定性的FLAC-3D分析 [J], 秦敏;白群立;范文斌;朱璐璐;段凯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

路基施工过程变形研究的FLAC3D数值模拟张宇旭【摘要】Numerical simulation analysis of the deformation characteristics in the construction process of subgrade is conducted. In different unit weight and modulus of resilience conditions of filled soil, vertical settlement and the horizontal lateral displacement in the embankment slope feet of roadbed center change with the change of the depth of fill. The deformation law are found, which guide practical engineering of the sub grade construction. The filled soil of small severe is selected or the elastic modulus is raised to improve the settlement deformation of highway under the condition of standard requirement.%对路基在施工过程中的变形特性进行数值模拟分析,研究在不同填土重度和不同填土回弹模量的条件下,路基中心处竖向沉降和路基坡脚处的水平侧向位移随路基填土高度的变化情况,在满足规范要求的条件下,尽可能的选用重度小的填土或提高路堤回弹模量,能够改善公路沉降变形.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2011(033)006【总页数】4页(P72-75)【关键词】路基施工；FLAC3D数值模拟；沉降【作者】张宇旭【作者单位】黄石理工学院,湖北黄石435003【正文语种】中文【中图分类】U4150 引言地基沉降变形分析是土力学的重要研究课题之一.自从太沙基(Tetzaghi)的一维固结理论[1]问世以来，各国学者相继进行了土体固结沉降理论的研究，并取得了丰硕的成果，这些研究成果对实际工程建设都起到了很好的指导作用.近几年来，计算机技术的发展突飞猛进，把计算机技术应用到土力学中的计算软件也越来越多，采用有限拆分和有限元等数值计算分析地基沉降已成为现实.随着西部大开发政策的实施，西部地区的基础建设亦提上日程，兴建公路、南水北调工程、石油管线建设等项目将会日益增多，这些对沉降计算的要求也在不断提高，改进或提高沉降预测和计算方法具有重大的学术价值和社会效益[2-3].本文以西部某二级公路为例，进行路基在施工过程中的变形与数值模拟研究，对其它类似工程具有一定的工程价值.1 工程概况如图1所示，地基计算深度为50 m，分为两层，上部为回填土，厚度为10 m，下部为粘土层，厚度为40 m；路基计算宽度为200 m,填筑高度为5 m,坡度为1∶1.5，地基土分为两层，厚度为20 m,上部位粘土层，厚度8 m，下部为砂土层，厚度为12 m.具体参数见图.路堤填筑高度为4 m，分两次进行填筑.要求分析路堤填筑后土层的应力、位移状态.图1 路堤施工的几何模型Fig.1 The geometrical model of embankment construction2 模型建立基于朗格朗日法原理的FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)是一种专门用于求解岩土力学问题的程序，可用于分析有关边坡、基坑等一系列岩土工程问题.本文采用有限差分软件FLAC3D进行路堤填筑应变应力与位移的分析，有关FLAC 的基本理论见文献[4].2.1 本构模型的选取本构模型是对岩土材料力学性质特性的经验性描述，它所反映的是外荷载条件下岩、土体的应力-应变关系，因此，本构模型的选择是数值模拟的一个关键性步骤.FLAC3D具有强大的适合模拟岩土材料的本构模型，FLAC3D提供了十种基本的本构模型，分别归类到空模型、弹性模型和塑性模型中[5].事实上，一种模型不可能考虑所有影响因素，也不可能有一种模型适用于所有土体的类型和加载情况，只有当选择的本构模型与工程材料力学特性契合度较高时，其选择才是合理的.根据实际工程中土的类型及加载条件，抓住主要矛盾，选择符合实际情况的本构关系为路基工程服务具有非常重要的现实意义.本文采用的是Mohr-Coulomb模型，它需要的参数少且容易获得，基本满足工程实际需要.模拟过程中采用的不同土层的内摩擦角φ、粘聚力c值，是结合实际工程情况取值的.τf=c+σtgφ式中：τf为抗剪强度；c为粘聚力；σ为作用于剪切面上的法向应力；φ为内摩擦角.2.2 建模思路由图1可以看出，由于路堤断面具有数值方向的对称性，因此可以考虑选择对称的一半断面进行建模计算，以便减少网格数量，提高计算效率.坐标系的原点O设置在地基表面与模型对称轴的交点，水平向右为x方向，数值向上为z方向，垂直于分析平面的方向为y方向.建立的网格模型如图2.图2 模型网格建立Fig.2 The establishment of mesh model在分析时，力的边界条件：地基在自重作用下的位移已经完成，外荷载只考虑路堤土(包括等效的路面荷载)的重力作用.位移边界条件：结构模型的左右边界分别为横向固定约束，只产生竖直方向的位移；底部无任何位移故施加基地固定约束.2.3 计算参数的确定计算参数的选取如表1.表1 各土层物理力学参数Table 1 Physical and mechanical parameters of each soil土层名称ρ/(kg·m-3)c/kPaφ/(°) E/MPav回填土1 500101580.33粘土1 800202040.33在FLAC3D程序中，岩土体的变形参数采用的是剪切模量G和体积模量K，在具体计算时，需要首先采用公式(1)将变形模量转化为剪切模量和体积模量：(1)(2)2.4 初始应力的计算在路基施工前，需要将路基部分网格赋值为空模型，将地基部分的网格赋值为Mohr.由于本例中存在null模型，所以采用分阶段的弹塑性求解方法.先将Mohr 模型的凝聚力值和抗拉强度赋值为为穷大进行求解，保证在重力作用下单元不至于发生屈服，然后再将Mohr模型参数赋值为真实值，在进行求解.图3和图4为初始应力计算结束时得到的水平向应力云图和竖直向应力云图，可以发现最大竖向应力值为85.3 kPa，最大水平应力值为42.0 kPa，静止侧压力系数约为0.5，与理论计算值基本一致.图3 初始水平应力云图Fig.3 The initial horizontal stress nephogram图4 初始竖向应力云图Fig.4 The initial vertical stress nephogram2.5 施工过程模拟在进行路基施工模拟前要将初始应力计算过程中产生的节点位移和速度进行清零处理.本例中路基高度为5 m，高度方向共划分了5个单元，为了模拟路基填筑的施工过程，采用分级加载的方法激活路基单元，每次激活1 m高度的单元，相当于每次填筑高度为1 m，分5次填筑完成，每次填土进行一次求解.填筑结束后，路堤的沉降云图和水平位移云图见图5和图6.图5 填筑结束时沉降云图Fig.5 The settlement nephogram after filling图6 填筑结束时水平位移云图Fig.6 The horizontal displacement after filling 从图5和图6可以看出，路堤堆载作用引起的地基沉降最大值54.5 cm，且最大沉降位置位于路堤中心点处；最大水平位移为32.3 cm，发生在坡脚附近.由图5图6可知，在实际工程中，工程师们最关心路基中心节点和坡脚节点的变形结果.其变形结果如图7.图7 路基中心及坡脚的沉降曲线Fig.7 The settlement curve of basal slope and foundation center由图7可知，路基中心沉降曲线的斜率要大于路基坡脚水平位移曲线斜率，说明路基中心的沉降要大于路基坡脚的水平位移.3 计算结果分析3.1 路基中心沉降分析3.1.1 不同路堤填土重度对比分析计算依然选取和前文相同的数值模型和边界条件，对上部路堤填土选取了三种不同重度值进行模拟计算：γ=12 kN/m3、γ=15 kN/m3和γ=20 kN/m3.通过计算分析不同路堤填土重度对路基沉降和侧向位移的影响.图8 不同填土重度路基中心沉降曲线Fig.8 The settlement curve of foundationcenter of different filling severe图9 不同弹性模量路基中心沉降曲线Fig.9 The settlement curve of foundation center of different elastic modulus从图8可以看出，随着重度的增小，路基沉降随之减小；且重度越小，沉降曲线曲率也越缓.在填筑结束时，由γ=20 kN/m3的74.2 cm减小到γ=12 kN/m3的43.2 cm，减少了41%.因此，路堤填土重度对路堤的沉降有较大的影响，在满足规范要求的情况下，尽可能的选用重度小的填土.3.1.2 不同路堤填土模量对比分析由于填筑路堤土体的物理力学参数的差异，以及路堤施工方法的不同，在不同的路段路堤的弹性模量会有所不同.改变路堤土体的弹性模量分别进行计算，分析在路堤弹性模量不同的情况下对原有路堤沉降的影响.不同弹性模量下路基中心的沉降曲线如图9.由图9可见，随着路基弹性模量的增加，其沉降量反而较少，并且这种趋势在逐渐变缓，增大路堤模量对沉降的影响越来越小；在填筑结束时，路基中心的沉降随着路堤土体弹性模量增大的变化很不显著.从图中看出，在路堤模量为5 MPa 时，沉降量 58.2 cm，路堤模量增加到12 MPa 时，沉降量下降到52.1 cm，下降了10.4%. 因此，在路堤填筑时，适当的提高路堤模量，能够改善公路沉降变形. 3.2 路基坡脚的侧向位移分析由上文的分析可知：路基坡脚处的水平位移较大，再此仅分析在不同路基填土重度以及不同填土弹性模量情况下路基坡脚处的侧向位移.由图10和图11可知，路基坡脚侧向位移在两种情况下都比较小.3.2.1 不同路堤填土重度对比分析如图10，路基坡脚处的侧向位移随着路基填土厚度的增加而逐渐增加，达到峰值后又逐渐减小，呈凸起抛物线形；其峰值随着路基填土重度的减小而滞后，例如γ=12 kN/m3时，其峰值1.66 cm出现在填土高度为3.3 m的时候，而γ=20 kN/m3时，峰值1.82 cm出现在填土高度为2.5 m的时候.由图10还可以看出，抛物线基本随峰值对称，重度越小，抛物线的开口越大.图10 不同重度路基坡脚侧向位移曲线Fig.10 The side settlement curve of basal slope of different filling severe图11 不同弹性模量路基坡脚侧向位移曲线Fig.11 The side settlement curve of basal slope3.2.2 不同路堤填土模量对比分析如图11，路基坡脚处的侧向位移随着路基填土厚度的增加而逐渐增加，达到峰值后又逐渐减小，呈凸起抛物线形；其峰值随着路基填土弹性模量的增大而滞后，例如E=5 MPa时，其峰值2.5 cm出现在填土高度为2.5 m的时候，而E=12 MPa时，峰值1.83 cm出现在填土高度为3.1 m的时候.由图10还可以看出，在侧向位移达到峰值以后，其减小的幅度比比开始逐渐增加的幅度要大；路基填土弹性模量越大，抛物线的开口越大.4 结语a.随着重度的增小，路基中心处沉降随之减小；且重度越小，沉降曲线曲率也越缓.因此，路堤填土重度对路堤的沉降有较大的影响，在满足规范要求的情况下，尽可能的选用重度小的填土.b.随着路基弹性模量的增加，路基中心处的沉降量反而较少，并且这种趋势在逐渐变缓，增大路堤模量对沉降的影响越来越小；在填筑结束时，路基中心的沉降随着路堤土体弹性模量增大的变化很不显著.因此，在路堤填筑时，适当的提高路堤模量，能够改善公路沉降变形.c.路基坡脚处的侧向位移随着路基填土厚度的增加而逐渐增加，达到峰值后又逐渐减小，呈凸起抛物线形.d.路基坡脚处的侧向位移随着路基填土厚度的增加而逐渐增加，达到峰值后又逐渐减小，呈凸起抛物线形；其峰值随着路基填土弹性模量的增大而滞后.参考文献：[1] Alamgir M, Miura N, Proorooshasb H B, et al. Deformation analysis of soft ground reinforced by columnar inclusion[J]. Computers & Geosciences, 1996, 13(4): 267-289.[2] 殷宗泽,朱泓,吴钰.沪宁高速公路地基沉降有限元计算分析[J].水利水电科技进展,1998,18(2):22-26.[3] 吴大志,李夕兵.高速公路路基沉降计算方法[J].湖南交通科技,2001,27(4):4-6.[4] 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,2009.[5] 谢和平.岩石力学[M].北京:科学出版社,2004.。

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。