基于FLAC3D的土石混合體邊坡穩(wěn)定性影響分析

杜 紅 劉存弟

（1.鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；2.內(nèi)蒙古新恒基鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司， 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

土石混合體邊坡失穩(wěn)常常影響因素多、規(guī)模較大、滑移條件復(fù)雜、失穩(wěn)破壞突發(fā)性強(qiáng)，常給人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重危害，給國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來巨大損失。因而，很有必要對(duì)該類邊坡進(jìn)行系統(tǒng)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(qū)內(nèi)地勢最低點(diǎn)為45.0m，最高點(diǎn)為345.5m，相對(duì)高差約305.5m。

2 位移反分析

位移監(jiān)測信息由于其精度較高，目前在巖土工程已成為常規(guī)監(jiān)測項(xiàng)目，因此，以位移監(jiān)測信息為基礎(chǔ)的反分析法在巖土工程中被普遍應(yīng)用[1]。

圖1 位移反分析數(shù)值計(jì)算模型

采用 ANSYS 有限元優(yōu)化分析原理，通過所得監(jiān)測點(diǎn)位移計(jì)算值與實(shí)際值差的平方來建立反演目標(biāo)參數(shù)，逐步迭代使目標(biāo)函數(shù)最小化，最大限度獲得與實(shí)際相符的巖土體“等效參數(shù)”[2]，計(jì)算模型見圖1。和參數(shù)的優(yōu)化反分析。在計(jì)算方法的選擇上，首先選取隨機(jī)搜索法來研究整個(gè)整個(gè)設(shè)計(jì)空間的情況，為進(jìn)一步獲得精確優(yōu)化解提供合理的初始解，然后再運(yùn)用零階優(yōu)化方法來確定反演解[1]。運(yùn)行后所得到的反分析土體的“等效參數(shù)”為：E=22E9Pa。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 計(jì)算模型

將生成的三維DEM地形表面圖生成的等高線轉(zhuǎn)化成CAD文件；之后將生成的CAD文件導(dǎo)入GOCAD軟件中，得到滑坡地表三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，地質(zhì)勘探信息導(dǎo)入SURPAC軟件中，獲得滑坡地表形態(tài)和滑坡三維地質(zhì)模型；最后通過巖土工程專業(yè)軟件FLAC3D進(jìn)行計(jì)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(shù)值模型圖

圖5 邊坡數(shù)值模型1-1剖面圖

3.2 參數(shù)選取

邊坡計(jì)算的物理力學(xué)參數(shù)取值如表1所示。

表1 巖體物理力學(xué)參數(shù)取值表

3.3 計(jì)算結(jié)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(xiàn)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(fā)生在滑坡體后緣。邊坡的滑動(dòng)趨勢沿著邊坡的方向，與邊坡的滑動(dòng)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(yīng)變?cè)隽吭茍D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(jù)計(jì)算結(jié)果，未蓄水前滑帶前、后部分區(qū)域已出現(xiàn)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(gè)滑坡體已處于局部破壞階段，整個(gè)坡體仍然保持穩(wěn)定狀態(tài)。蓄水后，由于庫水位滲透至滑帶，區(qū)段內(nèi)滑帶的黏聚力和內(nèi)摩擦角發(fā)生折減（由天然變?yōu)轱柡停率够瑤е邢虏课怀霈F(xiàn)剪切破壞，下滑力逐漸大于抗滑力，最終導(dǎo)致整個(gè)滑坡體發(fā)生貫穿性破壞。整個(gè)滑坡體從局部破壞階段進(jìn)入貫穿性破壞階段，整個(gè)坡體開始出現(xiàn)整體滑動(dòng)。