基于FLAC3D的宜巴高速某典型边坡变形特征分析

西南公路边坡的变形破坏机制。

该边坡是T b 粉砂质泥岩地220　引　言层中典型的挖方高边坡，最大挖方高度49.1m ，边坡极限平衡计算结果表明，该边坡开挖后坡体安全宜巴高速区域地貌为丘陵—构造剥蚀低山构系数为4.3，但开挖一段时间后，由于施工周期问造剥蚀中山地貌，沿线沟谷多呈U 型宽谷或V 型窄题，没有及时进行支护加固，边坡坡脚处发生明显谷及峡谷。

高速公路路堑工点较多，岩质路堑边坡隆起，坡面发育与开挖走向线近平行的张拉裂缝，主要由中生界三叠系的基岩地层组成，一般具有坡坡体的变形随时间增长不断增加，时效变形特征明高相对较高、坡度陡的特点。

通过对宜巴高速公路显。

本次采用工程施工中的分部开挖方式模拟边坡沿线路堑边坡的实地调查，在整个调查区域内，基岩体随路堑开挖其应力应变的演化过程，使数值模岩地层为巴东组第二段的紫红色粉砂质泥岩，边坡拟结果更符合客观实际。

变形情况相对较为严重，由第四系坡积物和紫红色 1.1　边坡模型的建立粉砂质泥岩组成的坡体，即使边坡较为平缓，但仍本次先采用ANSYS 有限元软件建立边坡模型并产生较大的变形破坏。

本文以T b 粉砂质泥岩地层22进行网格剖分，然后输出模型的单元和节点信息，中典型的挖方高边坡为计算模型，采用FLAC3D 模再通过编制的ANSYS-FLAC3D 转换程序，将单元、拟分析边坡开挖前后的变形特征，对该路段巴东组节点信息读入到FLAC3D 中生成边坡网格模型。

依第二段（T b ）粉砂质泥岩地层中其他挖方高边坡22据工程实际对左侧边坡设置4级开挖，对右侧边坡设变形分析具有重要的参考价值，可为此类边坡工程置2级开挖，每级开挖高度为10m ，各级过渡平台宽防灾减灾提供一定的科学依据。

2m 。

最终在FLAC3D 中生成的网格模型如图1所示。

1　模拟过程分析1.2　应力场分析分析只考虑坡体分步开挖完毕后，坡体内的应本次模拟选取了沿线变形破坏最为典型的某边力、应变和塑性区的分布特征与变化规律。

图2～坡进行数值分析，并结合实际调查结果综合分析该—基于FLAC3D 的宜巴高速某典型边坡变形特征分析周　坤　陈　晨　吴银亮（中交第二公路勘察设计研究院有限公司　湖北武汉　430052）【摘　要】通过对宜巴高速公路沿线路堑边坡的实地调查，在整个调查区域内，基岩地层为巴东组第二段的紫红色粉砂质泥岩，边坡变形情况相对较为严重，由第四系坡积物和紫红色粉砂质泥岩组成的坡体，即使边坡较为平缓，但仍产生较大的变形破坏。

本文以T b 粉砂质泥岩地层中典型的挖方高边坡为计算模型，22采用FLAC3D 模拟分析边坡开挖前后的变形特征，对该路段巴东组第二段（T b ）粉砂质泥岩地层中其他挖22方高边坡变形分析具有重要的参考价值，可为此类边坡工程防灾减灾提供一定的科学依据。

【关键词】高速公路；FLAC3D ；边坡；变形特征【中图分类号】U416 【文献标识码】A【收稿日期】20150720【作者简介】周坤（1987-），男，湖北襄阳人，大学本科，助理工程师，主要从事岩土工程勘察设计工作。

--2015年第4期图7是坡体开挖后，边坡应力场调整后的最大主应力、最小主应力、剪应力、剪应变增量分布情况。

从图中可以看出，受工程开挖的影响，边坡应力场具有以下特点：工程开挖后，边坡最大主应力、最小主应力分布特征与天然状态下相比有较大的变化。

开挖坡面上主应力方向发生了较大偏转。

天然状态时，该部位最大主应力与平均自然坡度近平行，最小主应力与平均自然坡度近垂直；而开挖后最大主应力方向与开挖坡面近平行，最小主应力方向与开挖坡面近垂直。

随着边坡的开挖，坡体内的应力状态不断调整至与坡面一致，在开挖坡面局部出现应力集中现象，坡脚的主应力值均高于坡顶处相应的应力值。

拉应力主要分布在左侧边坡覆盖层及左右两侧第一级边坡坡顶。

在开挖卸荷区域并未出现明显的拉应图1　边坡网格模型图2　边坡整体最大主应力分布云图图3　弹塑性状态下边坡整体最小主应力分布云图周坤，陈晨，吴银亮：基于FLAC3D 的宜巴高速某典型边坡变形特征分析西南公路力区，开挖坡脚处基本上以压应力为主，即边坡若发生破坏，将以“压—剪”破坏模式为主。

边坡开挖后，开挖面部位x —z 方向剪应力分布主要集中左侧第三级、第四级边坡体内，开挖后边坡坡脚处岩体容易形成剪应力集中区。

边坡开挖后，剪应变增量主要分布在左侧第四级开挖面及与路面交接部位，并向坡内延伸呈椭圆形分布。

在工程实践中，剪应变增量集中范围通常预示着边坡剪应力作用下的破坏发生部位，即弹塑性模拟结果表明，左侧第四级边坡将是发生剪切破坏的最可能部位。

1.3　位移场分析图8～图14显示了开挖后，边坡各部位的变形特征。

从图中可以看出，工程开挖对坡体的变形有比较显著的影响，具有以下特点： （下转第91页）图8　边坡整体总位移分布云图图9　边坡整体水平位移分布云图图10　边坡整体竖向位移分布云图图14　开挖面位移矢量图FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 37915 Model Perspective 22:17:51 Sun Jul 18 2010Center:X: 3.901e+002 Y: -2.062e+000 Z: 1.445e+002Rotation: X: 359.837 Y: 0.006 Z: 2.247Dist: 2.021e+003Mag.: 5.9Ang.: 22.500DisplacementMaximum = 1.029e-001 Linestyle乔国文：吐鲁番地区公路工程湿陷性粗粒土评价方法优化及防治粒土呈中等湿陷性。

[2] 陈正汉,许镇鸿,刘祖典.关于黄土湿陷的若干问题[J].土木工程学报,1986,19(3): 62-69.（3）粗粒土的湿陷性与原始土层的含水量、[3] 杨运来.黄士湿陷机理的研究[J].中国科学,1988(7):756-765.土质级配、黏粒含量、含盐特征、土层渗透性有[4] 苗天德,刘忠玉,任九生.湿陷性黄土的变形机理与本构关系[J].岩土工程学报, 1999, 21(4):383-387.关，同时受附加应力状态，外界干扰程度等因素影[5] 罗宇生.湿陷性黄土地基评价[J].岩土工程学报,1998,20(4):87-91.响，成因复杂。

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(11):18-21.目前对粗粒土湿陷性的研究、调查及勘探还比[10] GB 50021-2001,岩土工程勘察规范(2009年版) [S].[11] JTG D30-2004,公路路基设计规范[S].较粗略，需从以下方向继续加深研究：[12] JTG C20-2011,公路工程地质勘察规范[S].（1）加强湿陷性粗粒土微观结构、增湿增压[13] 新疆公路规划勘察设计研究院.连云港-霍尔果斯高速公路星星峡-吐条件下力学变形机理研究。

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表明考虑时间效应后，从总体上看，坡体变形主要集中在开挖面以下挖方高边坡发生变形破坏的可能性增大，变形破坏的浅表层内，呈拱洞型分布，道路中心部位变形最范围增加。

大，在远离开挖面的部位变形相对较小。

边坡在开（2）从总体上看，坡体变形主要集中在开挖挖完毕后，开挖面附近岩体发生了明显位移，均出面以下的浅表层内，呈拱洞型分布，道路中心部位现在第四级边坡坡脚处、第二、三、四级边坡浅部变形最大，在远离开挖面的部位变形相对较小。

边岩体中。

从总位移与竖向位移的分布及量值来看，坡在开挖完毕后，开挖面附近岩体发生了明显位两者之间相差甚微，说明此时竖向位移占主导优移，均出现在第四级边坡坡脚处、第二、三、四级势，边坡主要以竖向卸荷回弹变形为主。

边坡的开挖边坡浅部岩体中。

引起了岩体发生明显的位移变化，开挖面处位移矢量（3）坡体的变形不再仅仅集中于开挖面以下均指向临空面。

在开挖面的中下部位置位移量较大，的浅表层部位，而在坡体较大范围内产生了比较明从坡面到坡体内部，位移量逐渐由大到小变化。

显的变形。

边坡从以竖向卸荷回弹瞬时变形为主转变为在自重作用下向临空面方向的蠕变变形为主。

2　结　语参 考 文 献本次采用FLAC3D数值模拟软件对挖方高边坡[1] 李洪勇.基于FLAC3D龙江特大桥边坡稳定性分析[J].武汉理工大学学进行弹塑性数值计算，可以得出如下结论：报,2010,32(3):61-64.[2] 丰土根,陈育民.三维有限差分强度折减法分析边坡稳定性研究[J].水力（1）计算结果表明开挖后坡体内应力场随时与建筑工程学报,2010,8(4):82-85.间不断调整，应力进一步向挖方边坡坡脚处集中；[3] 郑颖人,陈祖煜,王恭先.边坡与滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社,2010.在路基岩体内出现明显拉应力区；剪应力值增大，并由坡体内向坡面浅表层处集中；剪应变增量的数。