FLAC巖土軟件在邊坡穩(wěn)定性分析應(yīng)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(wěn)定性，但得出的結(jié)果與實際相差較大，致使邊坡開挖施工過程中發(fā)生滑塌。

關(guān)鍵詞：人工邊坡；有限差分方法；穩(wěn)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(xù)介質(zhì)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(yōu)勢。

在國內(nèi)FLAC的應(yīng)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(wěn)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(zhì)條件、巖土工程條件的充分認識，以軟件計算結(jié)果提出邊坡開挖設(shè)計參數(shù)，不僅會出現(xiàn)偏差，甚至可能帶來巨大隱患。

2.FLAC巖土軟件邊坡穩(wěn)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(jù)人工邊坡的巖土工程條件，提出人工邊坡巖土設(shè)計參數(shù)建議值，分析驗算人工邊坡的穩(wěn)定性，提出合理的人工邊坡開挖坡角。設(shè)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(shù)

通過野外地質(zhì)調(diào)查，原位測試，現(xiàn)場取樣及室內(nèi)試驗等手段，合理選取各層巖土體的物理力學參數(shù)，計算所用的參數(shù)如表1。

2.3計算結(jié)果

2.3.1開挖分析

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

2.3.2穩(wěn)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(jié)果為水平地震力與豎直向上的地震力組合，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)為2.52，大于規(guī)范規(guī)定的邊坡抗滑安全系數(shù)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(wěn)定性，按照設(shè)計條件同時采用極限平衡法進行穩(wěn)定性分析。

2.3.3穩(wěn)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(wěn)定性分析驗算安全系數(shù)都遠大于1.5，設(shè)計開挖的人工邊坡按50°綜合坡角進行放坡應(yīng)該是安全的。

3.邊坡開挖結(jié)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(fā)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(jù)監(jiān)測資料，該段正發(fā)生蠕動變形。

區(qū)內(nèi)邊坡巖體總體完整性較好，但巖層發(fā)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(fā)生的有力條件。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，坡頂外圍原始地貌喬灌木茂密，坡面巖體裸露。該滑坡災(zāi)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(chǎn)狀145°-165°<23°-38°，由于核電站建設(shè)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(nèi)發(fā)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(chǎn)生一定的下滑力，隨著開挖加深，下滑力大于等于結(jié)構(gòu)面強度（抗滑力），巖土體將自結(jié)構(gòu)面或其組合體脫離母體向臨空一側(cè)移動，發(fā)生滑塌。

4.結(jié)論

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

（2）人工開挖改變了山體原有應(yīng)力平衡，巖層發(fā)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(fā)生。