基于FLAC3D的土石混合體邊坡穩定性影響分析

杜 紅 劉存弟

（1.鄂爾多斯職業學院， 內蒙古 鄂爾多斯 017000；2.內蒙古新恒基鋼結構工程有限公司， 內蒙古 包頭 014010）

土石混合體邊坡失穩常常影響因素多、規模較大、滑移條件復雜、失穩破壞突發性強，常給人民生命財產安全帶來嚴重危害，給國家經濟建設帶來巨大損失。因而，很有必要對該類邊坡進行系統研究分析。

1 工程背景

某邊坡位于長江右岸斜坡地帶，靠近長江水域地帶以及長江水位下為河流階地地貌，靠近長江水域地帶地形地貌受長江的侵蝕切割作用明顯，地勢起伏，南高北低，自然坡度25°～28°，江水以下長江水流沖積作用明顯，地勢較緩，西高東低，自然坡度5°～15°。勘查區內地勢最低點為45.0m，最高點為345.5m，相對高差約305.5m。

2 位移反分析

位移監測信息由于其精度較高，目前在巖土工程已成為常規監測項目，因此，以位移監測信息為基礎的反分析法在巖土工程中被普遍應用[1]。

圖1 位移反分析數值計算模型

采用 ANSYS 有限元優化分析原理，通過所得監測點位移計算值與實際值差的平方來建立反演目標參數，逐步迭代使目標函數最小化，最大限度獲得與實際相符的巖土體“等效參數”[2]，計算模型見圖1。和參數的優化反分析。在計算方法的選擇上，首先選取隨機搜索法來研究整個整個設計空間的情況，為進一步獲得精確優化解提供合理的初始解，然后再運用零階優化方法來確定反演解[1]。運行后所得到的反分析土體的“等效參數”為：E=22E9Pa。

3 邊坡穩定性分析

3.1 計算模型

將生成的三維DEM地形表面圖生成的等高線轉化成CAD文件；之后將生成的CAD文件導入GOCAD軟件中，得到滑坡地表三維坐標數據，地質勘探信息導入SURPAC軟件中，獲得滑坡地表形態和滑坡三維地質模型；最后通過巖土工程專業軟件FLAC3D進行計算分析。

圖2 邊坡地表地形圖

圖3 邊坡鉆孔分布圖

圖4 邊坡數值模型圖

圖5 邊坡數值模型1-1剖面圖

3.2 參數選取

邊坡計算的物理力學參數取值如表1所示。

表1 巖體物理力學參數取值表

3.3 計算結果及分析

3.3.1 位移場分析

蓄水前后邊坡位移場見圖9～10。

圖9 蓄水前位移場

圖10 蓄水后位移場

從位移場圖可以看出，水位上升后，不同深度處的位移逐漸增大，并且在總體上表現為地表變形較大，隨著深度增加其變形逐漸減小。滑坡位移最大值發生在滑坡體后緣。邊坡的滑動趨勢沿著邊坡的方向，與邊坡的滑動方向是一致的。

3.3.2 破壞模式分析

蓄水前后邊坡破壞場見圖5-33和圖5-34。剪應變增量云圖如圖5-37～圖5-42。

圖11 蓄水前破壞場圖

圖12 蓄水后破壞場

根據計算結果，未蓄水前滑帶前、后部分區域已出現局部剪切破壞，但由于滑帶中下部位尚未破壞，下滑力略小于抗滑力。整個滑坡體已處于局部破壞階段，整個坡體仍然保持穩定狀態。蓄水后，由于庫水位滲透至滑帶，區段內滑帶的黏聚力和內摩擦角發生折減（由天然變為飽和），致使滑帶中下部位出現剪切破壞，下滑力逐漸大于抗滑力，最終導致整個滑坡體發生貫穿性破壞。整個滑坡體從局部破壞階段進入貫穿性破壞階段，整個坡體開始出現整體滑動。