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1、FLAC3D在岩质边坡稳定性分析及防护效果评价中的应用 平安系数；边坡防护 Key words： slope stability analysis；FLAC3D；safety factor；slope protection 中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1016-431115-0139-03 0 引言 在工程边坡施工中有两个重要环节，其中分别是稳定性及防护后评价。其中稳定性要求采纳科学方式得到合理参数取值。一般状况下人们在工程稳定性评价中会应用阅历理论和工程试验传统模式结合评价方式。传统模式可以基于大量的模拟试验及现场测量结果对工程作出详细的定性分析，但是这种方法在应用中
2、耗费大，并且简单出现较大误差。防治后评价方法目前还没有统一方式，就我国而言主要应用的方式为施工质量验评法，但是只能评价单向指标，无法实现防护工程的整体评价。 从20世纪60年头起先，在边坡稳定性分析中起先应用数据值模拟，这种方式能够对困难地质条件有综合考虑，其中包括非均质特质、介质异性以及介质不连续性等等。数字模拟在边坡工程防护后评价中的应用，则可以对防护及岩土体两者之前的作用模拟分析，评价岩土体稳定性及防护平安效果，以此实现对整个防护工程的有效评价。 FLAC3D则出现在20世纪90年头的美国，属于是在二维数值计算分析软件FLAC基础上的一个改进设计，其在有限变形问题处理中采纳的是拉格朗日差
3、分公式处理，材料屈服及流变对处理结果影响不大，因此在地质工程以及岩土工程的非线性及大变形问题处理中具有较高适用性。 1 工程概况 该边坡位于三黎高速LJ16标YK52+408YK52+588段线路左侧，线路走向283，坡体自然坡度1030，平均21，边坡长220m，中心最大开挖高度27.85m，边坡最大挖高75.57m。边坡区属溶蚀低中山斜坡地貌，相对高差约84.0m，地形较陡，坡体表层为残坡积红粘土，厚约0.30.6m，灰黄色，较湿，可塑硬塑状。下伏基岩为三叠系中统关岭组其次段灰色薄至中厚层灰岩及三叠系中统关岭组第三段灰色薄至中厚层白云岩，灰岩主要分布于小里程一侧，白云岩主要分布于大里程一侧
4、，局部间接性含有薄层泥岩夹层，夹层岩体为软质岩，岩体很破裂，局部含少量粘性土，岩体破裂。 该段边坡岩体节理裂隙发育，主要发育两组节理，产状为：11880、22578，岩体结构面分别，平直光滑，结构面张开度3mm，岩屑充填，平均间距大于1m，局部间接性含有薄层泥岩夹层，夹层岩体为软质岩，局部含少量粘性土，层面光滑平整，遇水易软化，抗剪强度急剧降低。结构面结合程度极差。依据工程地质调绘及钻探资料，工程区存在旧堰断层，从里程桩号YK52+428处穿过，属非活动性断裂。受断层影响，岩体节理裂隙较发育，断层两盘岩体较破裂，工程地质较困难。断层北盘岩性为灰岩，岩层产状为2038，断层南盘岩性为白云岩，岩层
5、产状为17326，则可判定为顺层坡。地下水主要为岩体节理裂隙水。 2 边坡稳定性定性的数值模拟计算方法 道路从坡体右侧通过，须要对左侧坡体进行开挖，形成高边坡。边坡坡体表层为第四系残坡积红粘土，下伏基岩为三叠系中统关岭组薄至中厚层灰岩、白云岩，局部间接性含有薄层泥岩夹层。依据边坡地质状况，边坡分级放坡设计为：第一级坡比1：0.5；其次级坡比1：0.75；第三级坡比1：1.0；第四级坡比1：1.0；第五级坡比1：1.25；第六级坡比1：1.25；第七级坡比1：1.25；第八级按1：1.25比放坡至坡顶。17级坡高均为10m，两级坡间设置2m宽平台。 边坡整体为顺向坡，同时边坡中部有断层构造经过，
6、受断层构造影响，断层旁边岩体较破裂，对坡体稳定性存在较大的影响，在进行坡脚挖除过程中，也会有临空面及盈利释放问题出现，因此简单导致出现顺层滑坡，对于坡体稳定性有必要在开挖前就进行有效评价。 应用FLAC3D能够有效实现边坡开挖的数字模拟探讨。基于原坡面结构构建相应的模型，并将其进行单元划分，采纳Mohr-Coulomb应变软化塑性准则对其实施模拟计算。因为一般状况下岩土强度参数所致不确定性要远远比解析方式所致不确定性大，所以在选取参数的时候，则可以依照现场钻探取样和室内试验结合方式确定岩土体性质，剩余一部分参数则可以通过现场参数及阅历来确定。详细参数见表1。 自然因素及人类活动共同作用是导致出
7、现边坡失稳的主要缘由。不管是不合理开挖、卸载，还是无序大爆炸等等，这些因素均简单导致出现工程滑坡。 基于模拟计算来看，边坡从上至下分级开挖，随着放坡工作的进行，边坡应力发生重分布，应力在旧堰断层和结果面有不同程度的应力集中效应。前四级放坡使断层处应力集中现象有所减缓，坡体的水平位移改变也很小。当放坡进行到第五级时，结构面出露，应力在坡脚急剧聚集，坡顶出现拉应力，坡体的稳定平安系数为0.93，坡体处于滑动状态，坡面部分已经发生了较大的位移，此时的最大水平位移已经达到3.56m，计算结果未收敛，边坡已经下滑破坏。最大水平位移集中在结构面和旧堰断层处，因此这些部位是边坡变形破坏的重要部位。 基于滑动
8、力学特点来看，新的应力场出现因素包括：临空面发生应力释放、坡体内部出现应力重新分布以及坡脚断层出现集中应力。因为受到应力场作用，导致岩体出现侧向位移，一般状况下是滑体下部首先出现失衡滑动，渐渐向上移动，导致坡体内懦弱结构贯穿，最终出现统一滑动面，诱发上滑体出现滑动，最终发生牵引式滑坡的出现。基于滑坡形成时程来看，前期阶段时间比较长，但是能够在短时间内造成较大破坏，由此可见滑坡形成也就是长期累积过程中所出现的一次爆发突然性。通过数值模拟分析能够将坡体中存在的滑动面找到，并且和实际检测所得懦弱夹层两者相互吻合。由此可以确定数值模拟分析结果精确牢靠，结果显示坡体特别有可能会出现滑动，因此必需要对其实
9、行有效治理措施。 3 防护方案及防护效果评价计算 针对本边坡地形地貌特征、坡体物质组成特征、边坡开挖施工特征及所爱护的对象等综合分析，本边坡的防护措施布置为： 坡体减载：如前述。 坡面防护、支挡工程：由于本边坡YK52+408YK52+588段拟开挖坡面存在一斜向断层，受断层构造影响，该断层两侧岩体破裂，对坡体稳定性存在较大的影响，所以本边坡坡面防护中对该断层带特地加强支护，布置为第一级设6m高混凝土挡墙，坡面挂铁丝网，其次、四、六级采纳框架锚索进行防护，第三、五、七级采纳框架锚杆进行防护，断层破裂带左右适当增设框架锚索进行防护，第八级采纳挂铁丝网喷有机基材进行坡面防护。 用FLAC3D对加固
10、后坡面进行模拟分析，对坡体应力和位移改变进行再次模拟。依据模拟结果，坡体的最大水平位移仍集中在结构面和旧堰断层处，但最大位移仅为1.52cm，坡体的整体稳定系数已达1.56，由此显示坡体已经基本稳定。位移分析能够发觉加固之后，虽然说坡面照旧出现小部分位移，但其位移量比较小，并且能够通过改变很快取得平衡。力学分析发觉，坡体剪应力渐渐起先集中在锚索部分，框格和锚索部分的拉应力两者共同作用，能够对坡体位移发展产生有效限制作用。 在坡体稳定时，锚固旁边的最大剪应力增至215kPa，对于懦弱结构面，可以最大化的消退其部分剪应力。结果显示：在混凝土框格以及锚索锚固两者的联合作用下坡体在出现一些微小位移之后
11、，能够在短时间内找到平衡，达到稳定。坡体内部应力场分布在重新调整之后，最大剪应力已经起先转移到加强结构部分，因此能够对最危急滑动面影响作用最大化消退。另外防护能够对坡体变形起到有效限制作用，将坡体变形应力渐渐转化成为支挡结构防护张力，以此提高结构受力均应性，有助于提高坡体结构的整体稳定性。 4 结论 本文以三黎高速LJ16标YK52+408YK52+588段高边坡为背景，依据坡体岩土体实际状况，考虑断层分布、懦弱夹层等其它特别地质状况，运用FLAC3D对边坡卸载后未防护及防护后的两种状况进行了位移模拟分析，结论如下： 无序的坡脚开挖，简单导致初选牵引式滑坡。在进行工程设计过程中，首先须要对工程
12、现场仔细勘查，并对其实施数值模拟计算，分析其潜在的滑坡危急，在对其稳定性进行合理评估之后，才能够制定设计方案，以此有效防范滑坡的出现，同季节省投资。 利用 FLAC3D软件能够在进行岩体边坡设计中进行数值模拟计算，以此获得边坡稳定性、位移矢量图以及土体盈利等参数。能够对应力改变规律有更直观的相识，更有助于对边坡破坏发生及发展过程有较为明确的相识。 框架锚索的边坡防护模式，在进行防治过程中可以应用较多防护主动性，借助于其总额和作用提高边坡防治效果，并能够显著提高滑坡潜在因素预防作用，实现滑坡早期治理，取得良好效果。 参考文献： 1李克刚.岩质边坡稳定性分析及变形预料探讨D.重庆高校硕士学位论文，
13、2022. 2邹力，彭雄志.浅谈FLAC3D的应用原理、优缺点及改进措施J.四川建筑，2022：151-153. 3魏继红，吴继敏，孙少锐.FLAC3D在边坡稳定性分析中的应用J.勘察科学技术，2022：27-30. 4乔国文，王运生，房冬恒.西南某电站右岸开挖边坡稳定性FLAC3D分析J.工程地质学报，2004，12：280-284. 5郑明新.滑坡防治工程效果的后评价探讨D.南京：河海高校，2022. 第8页 共8页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页