1、1FLAC3D数值模拟上机题计算模型分别如图 1、2、3 所示，边坡倾角分别为 30、45、60，岩土体参数为：密度 2500 kg/m 3, 弹性模量 E110 8 Pa，泊松比 0.3，抗拉强度 t0.810 6 Pa，内聚力 C4.210 4 Pa，摩擦角 17，膨胀角 20试用 FLAC3D 软件建立单位厚度的计算模型，并进行网格剖分，参数赋值，设定合理的边界条件，利用 FLAC3D 软件分别计算不同坡角情况下边坡的稳定性，并进行结果分析。附 换算公式：1 kN/m3= 100 kg/m3剪切弹性模量：8103461582()(.)EGPa体积弹性模量：83()(.)K4025.366
2、0401030图 1 倾角为 30的边坡(单位： m)21040 6040405图 2 倾角为 45的边坡(单位： m)1040 6048.54060图 3 倾角为 60的边坡(单位： m)3目前，边坡稳定性分析在实际工程中主要应用的是极限平衡法，而该方法中，基于经典极限平衡理论的条分法用得最为广泛，但是它存在很多不足，不能考虑岩土内部的应力应变关系，无法分析边坡破坏发展的过程，并需要事先知道滑移面。随着计算技术的发展，有限差分法逐渐在为边坡分析中非常重要的方法之一。强度折减法则是有限元分析中比较常用的方法，它通过不断折减材料状态，从而计算出边坡的安全因数。本文利用 FLAC3D 计算模型，采
3、用理想弹塑性材料，基于强度折减法，用数值计算中常见的 MohrCoulomb 对边坡进行非线性有限元分析，得到边坡的安全系数，从而判断边稳定性。1.有限元强度折减法的原理建立在强度缩小有限元分析基础上的边坡稳定分析的基本原理是将边坡强度参数粘聚力 和内摩擦角 同时除以一个折减系数 F，得到一组新的 和 值然后作为一组新的材cc料参数输入,再进行试算。当计算不收敛时,对应的 F 被称为边坡的最小安全系数,此时,边坡达到极限状态,发生剪切破坏,同时可得到临界滑动面所在的塑性区。2.安全系数的物理意义Bishop 等将土坡稳定安全系数 F 几定义为沿整个滑动面的抗剪强度与实际抗剪强度之比，即有:（1
4、）0(tan)llcdl上式可以进一步写为如下的形式:（2）0(tan)1.llcdl强度折减法分析的实质是一种弹塑性有限元分析，与通常意义的弹塑性分析的差别在于，在分析过程中不是按荷载步调整加于计算模型上的荷载，而是在分析中，不断地按下式调整岩土材料的 、 值。c(3)tan(t)F(4)c式中: 、 为岩土材料的粘聚力和内摩擦角 ; c、 为经过折减后的粘聚力和内摩擦角;F 为折减系数。通常对于折减系数 F，在开始计算时可以凭计算者对实际问题的判定而确定一个适当的初值，再进行弹塑性分析。若分析过程在指定的迭代步中收敛则认为折减系数的取值太小，可适当的加大折减系数并按式(3)和式(4)对岩土
5、材料的 、 值进行调整，再按前述c方法进行分析。当折减系数 F 达到某一值时计算就可能发散，此时所对应的折减系数 F 即认为是边坡的安全系数。43.屈服准则影响土坡稳定的关键因素是土体的抗剪强度，当剪切面上的最大剪应力达到了土体能够承受的破坏极限时，土坡将发生失稳破坏，此处岩土体的本构关系采用理想弹塑性模型，屈服准则为 MohrCoulomb 屈服准则（5）10021sincosincos033I J式中： 为内摩擦角， 为内聚力， 为应力张量的第一个不变量；1I为应力偏张量的第二不变量；2J为应力罗德角。04.强度折减法的极限状的判剧强度折减法的原理和操作简单，其关键问题是临界状态的判定，目
6、前主要有三类判定准则。（1） 以数值计算的收敛性作为失稳判据（2）以特征部位位移的突变性作为失稳判据。绘制研究对象多个特征点的位移与折减系数的关系曲线，以位移曲线出现较为明显的转折点对应的强度折减系数作为该研究对象的安全系数。（3）以塑性区的贯通性作为失稳判据。当计算结果显示结构面塑性开展区相互贯通，此时的折减系数即为坡体稳定安全系数。5.针对本次上机的边坡稳定性求解5.1 边坡倾角为 30时的情形5图 1 x 方向上位移云图图 2 x 方向上应力云图图 3 位移云图65.2 边坡倾角为 45时的情形图 x 方向上位移云图位移云图安全系数 1.1475.3 边坡倾角为 60时的情形8安全系数 1.007
