FLAC巖土軟件在邊坡穩定性分析應用中局限性

周潤生 王佳健

摘要：田灣核電5、6號機組施工需對山體進行切坡，利用有限差分方法，分析評價邊坡穩定性，但得出的結果與實際相差較大，致使邊坡開挖施工過程中發生滑塌。

關鍵詞：人工邊坡；有限差分方法；穩定性評價；局限性

1.引言

FLAC（FaLst Lagrangian Analysis of Continua）是由美國Itasca公司推出的連續介質力力學分析軟件，具有強大的計算功能和廣泛的模擬能力，尤其在大變形問題的分析方面具有獨特的優勢。

在國內FLAC的應用也日漸廣泛，擁有越來越多的用戶群，給巖土工程人員在邊坡穩定性分析研究上提供了極大方便，但是對軟件的過度依賴，缺乏對地質條件、巖土工程條件的充分認識，以軟件計算結果提出邊坡開挖設計參數，不僅會出現偏差，甚至可能帶來巨大隱患。

2.FLAC巖土軟件邊坡穩定性計算

2.1工程概況

田灣核電5、6號機組施工需對山體進行切坡，人工高邊坡總長度約600m，北邊坡最大坡高約108m，西邊坡最大坡高96m。為了保障核電機組安全，需根據人工邊坡的巖土工程條件，提出人工邊坡巖土設計參數建議值，分析驗算人工邊坡的穩定性，提出合理的人工邊坡開挖坡角。設計擬按照總體坡度50°、臺階高度12m，臺階坡角65°，馬道寬度4m～8m開挖。

2.2計算參數

通過野外地質調查，原位測試，現場取樣及室內試驗等手段，合理選取各層巖土體的物理力學參數，計算所用的參數如表1。

2.3計算結果

2.3.1開挖分析

通過數值計算，可以求得邊挖開挖穩定后的主應力場。邊挖開挖后，整個邊坡巖體絕大部分均處于受壓狀態，僅在坡頂微風化巖體部分單元中出現受拉狀態，最大拉應力為0.71MPa。

2.3.2穩定性計算

計算時分別考慮豎向地震力向下和向上兩種不同情況，最后取最不利的計算結果為水平地震力與豎直向上的地震力組合，邊坡穩定性安全系數為2.52，大于規范規定的邊坡抗滑安全系數1.5，說明邊坡具有較高的安全儲備。

為進一步驗證開挖后邊坡穩定性，按照設計條件同時采用極限平衡法進行穩定性分析。

2.3.3穩定性評價

通過計算，無論是有限差分法還是極限平衡法對邊坡穩定性分析驗算安全系數都遠大于1.5，設計開挖的人工邊坡按50°綜合坡角進行放坡應該是安全的。

3.邊坡開挖結果

開挖施工在+116m、+104m、+92m、+80m、+68m標高形成了5個臺階，在坡面錨固階段，最終邊坡南段發生滑塌，后緣滑動距離約30m，滑動面為綠泥石軟弱夾層，傾角23°～38°。北段邊坡暫未滑動，根據監測資料，該段正發生蠕動變形。

區內邊坡巖體總體完整性較好，但巖層發育有綠泥石軟弱夾層，且邊坡為順層坡，加之雨水卸荷等外力作用，形成了滑坡發生的有力條件。根據現場調查，坡頂外圍原始地貌喬灌木茂密，坡面巖體裸露。該滑坡災害點所處地貌為低山，原始山體自然坡度20°左右，植被茂盛。巖層產狀145°-165°<23°-38°，由于核電站建設進行山體開挖和切坡工程，形成了高差約65m，坡度約50°（各臺階坡度65°）的地形地貌，邊坡坡向123°，與巖層形成順向坡，巖體內發育有綠泥石軟弱夾層，由于下部開挖，上部巖體失去支撐，在勢能作用下，巖土體產生一定的下滑力，隨著開挖加深，下滑力大于等于結構面強度（抗滑力），巖土體將自結構面或其組合體脫離母體向臨空一側移動，發生滑塌。

4.結論

（1）通過FIAC巖土軟件有限差分方法分析得出邊坡穩定性安全系數為2.52，遠大于規范規定的邊坡抗滑安全系數1.5，但在施工形成5個最終邊坡后，發生了山體滑坡，軟件計算得出的安全系數與實際存在較大偏差。

（2）人工開挖改變了山體原有應力平衡，巖層發育的綠泥石片巖遇水其強度急劇降低，直接導致山體滑坡發生。