張傳 張晟 路思明

摘 要：邊坡治理設(shè)計(jì)方案在真正實(shí)施之前需要驗(yàn)證其合理性和可行性。而驗(yàn)證方案的合理性和可行性需要通過(guò)與設(shè)計(jì)方案不同的方法來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。本邊坡治理設(shè)計(jì)方案采用的是極限平衡法與巖土理正軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，為了驗(yàn)證本方案的合理性與可行性，本文將采用FLAC 3D+強(qiáng)度折減法對(duì)原方案進(jìn)行數(shù)值計(jì)算模擬驗(yàn)證，然后對(duì)驗(yàn)證過(guò)程與結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)原方案進(jìn)行必要的補(bǔ)充與完善，以期最終能得到一個(gè)更優(yōu)的邊坡治理方案。

關(guān)鍵詞：治理設(shè)計(jì)方案;邊坡穩(wěn)定性;FLAC 3D;強(qiáng)度折減法;數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：U416.14;U442.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）31-0089-04

Numerical Simulation and Verification Analysis of Slope

Treatment Design Scheme Based on FLAC 3D

ZHANG Zhuan ZHANG Sheng LU Siming

（Jiangxi Vocational College of Applied Technology，Ganzhou Jiangxi 341000）

Abstract： The rationality and feasibility of the design scheme of slope control should be verified before it is implemented. The rationality and feasibility of the verification scheme need to be verified by a different method from the design scheme. The limit equilibrium method and the geodetic software are adopted. In order to verify the rationality and feasibility of the design scheme， in this paper， Flac3d + Strength reduction method was used to carry out numerical simulation verification of the original scheme. And then the verification process and results were analyzed to make necessary supplement and perfection of the original scheme. It is hoped that a better scheme of slope treatment can be obtained.

Keywords： governance design;slope stability;FLAC 3D;strength reduction method;numerical simulation1

1 工程概況

擬治理區(qū)位于信豐縣某住宅小區(qū)北側(cè)和東側(cè)，其中北側(cè)邊坡為工程建設(shè)過(guò)程中開(kāi)挖形成的高陡邊坡。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知，切坡高度8～20 m，切坡整體寬約100 m，其坡度45°～65°。邊坡坡腳已布置高約4 m、厚約0.4 m的鋼筋混凝土擋板，起攔擋邊坡碎石的作用。由于邊坡高陡，節(jié)理發(fā)育，邊坡坡面及坡頂未采取支護(hù)措施，因此，在強(qiáng)降雨條件下邊坡坡面及坡頂存在崩滑現(xiàn)象。項(xiàng)目上已經(jīng)對(duì)此提出了邊坡治理設(shè)計(jì)方案。該方案設(shè)計(jì)了分級(jí)降坡+掛網(wǎng)錨噴+截排水溝等一系列綜合治理措施，并采用極限平衡法與巖土理正軟件進(jìn)行計(jì)算分析。為了驗(yàn)證該方案的合理性和可行性，本文將采用強(qiáng)度折減法和FLAC 3D模擬軟件對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證[1]。

2 計(jì)算模型的建立及相關(guān)參數(shù)選取

本模型的建立及物理參數(shù)取值依據(jù)該工程治理設(shè)計(jì)方案，抓住問(wèn)題的關(guān)鍵，力求還原真實(shí)的邊坡原貌，從而獲得可靠的計(jì)算分析結(jié)論。通過(guò)查閱項(xiàng)目上邊坡治理設(shè)計(jì)方案可知邊坡巖土體的物理參數(shù)如表1所示。

為了增加模擬驗(yàn)證的說(shuō)服力，本模型選擇與項(xiàng)目上的治理設(shè)計(jì)方案相同的198°方向的主滑剖面A-A代表滑坡隱患體進(jìn)行巖土體的建模，具體如圖1所示。

計(jì)算模型沿[x]、[y]、[z]方向的計(jì)算范圍為50 m×2 m×26 m。在[x]、[z]方向拓寬邊界[2H]（[H]為邊坡的高），以減少邊界范圍對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。在[y]方向選擇一個(gè)最小單元剖面長(zhǎng)度2 m來(lái)滿足錨桿的布置方式，對(duì)模型的[x]=0，[x]=50，[y]=0，[y]=2，[z]=0所在平面邊界進(jìn)行約束，僅上表面為自由面，建立一個(gè)平面等效模型，采用適于巖土體分析的摩爾-庫(kù)倫本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行求解[2]。

巖石的彈性模量及泊松比選用參考《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第五版）中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)值，巖土參數(shù)選用該治理工程勘察值，見(jiàn)表2，錨桿、水泥漿信息參考治理工程相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)和FLAC 3D5.0手冊(cè)所提供的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式[1]。

3 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 邊坡原始狀態(tài)暴雨工況下計(jì)算結(jié)果與分析

選用該邊坡在暴雨情況下的巖土參數(shù)（見(jiàn)表3）所建立的模型與求解結(jié)果如圖2（a）、（b）所示。

從計(jì)算結(jié)果圖可知，該邊坡在暴雨情況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.01，與理正巖土軟件所得結(jié)果幾乎一致。對(duì)比圖2的兩張圖片并根據(jù)最大剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D的分布，可以清楚地看到其臨界失穩(wěn)破壞狀態(tài)滑面的位置，即位于強(qiáng)風(fēng)化巖與破碎強(qiáng)風(fēng)化巖接觸面。這樣一來(lái)也就佐證了前面利用理正巖土軟件計(jì)算時(shí)所假設(shè)的潛在滑動(dòng)面的位置是正確的。因此，該邊坡在暴雨情況下是達(dá)不到一個(gè)安全穩(wěn)定的條件的，需要采取相應(yīng)的治理措施[3]。

3.2 邊坡削坡后暴雨工況下計(jì)算結(jié)果與分析

削坡后，基本清除了坡體表面的破碎強(qiáng)風(fēng)化巖，裸露的為強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)板巖，選用強(qiáng)分化板巖的巖土參數(shù)見(jiàn)表4。模擬在暴雨工況下該邊坡削坡后的情況，建模分析結(jié)果如圖3（a）、（b）所示。

削坡后，邊坡整體自重應(yīng)力減小，穩(wěn)定性顯著增加，穩(wěn)定性數(shù)系數(shù)為1.39，相比未削方前暴雨?duì)顟B(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)增加了0.38，治理效果非常顯著。結(jié)合最大剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D和臨界狀態(tài)下的坡體位移等值線分布圖，能較好反映出極限狀態(tài)時(shí)滑裂面位于0.05 m實(shí)線位置。

3.3 邊坡削坡錨固后暴雨工況下計(jì)算結(jié)果與分析

接著在削坡的基礎(chǔ)上進(jìn)行錨固處理，所采用的全長(zhǎng)注漿無(wú)預(yù)應(yīng)力錨桿參數(shù)見(jiàn)表5，計(jì)算結(jié)果如圖4（a）、（b）所示。

邊坡錨固后其穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果為1.55，較錨固前提高了0.16，結(jié)合最大剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D和臨界狀態(tài)下的坡體位移等值線分布圖，能夠較好地反映出極限狀態(tài)時(shí)滑裂面位于0.04 m實(shí)線位置。該位置較錨桿錨固端位置更深一些，這也說(shuō)明了在錨桿強(qiáng)度足夠的情況下邊坡一旦失穩(wěn)，破壞面將沿錨桿錨固端的位置發(fā)展[4]。

4 結(jié)果分析對(duì)比

通過(guò)查閱項(xiàng)目上該邊坡治理設(shè)計(jì)方案，結(jié)合本文的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，可得兩種計(jì)算方法的結(jié)果對(duì)比如表6所示。

從表6可知，F(xiàn)LAC 3D數(shù)值計(jì)算結(jié)果較理正軟件略大，但是總體差別不是很大。總之，通過(guò)FLAC 3D數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證了該邊坡治理設(shè)計(jì)方案是可行的[5]。

在數(shù)值計(jì)算中，錨固后的安全系數(shù)提高值僅為0.16，而在理正計(jì)算中其提高值為0.249。原因在于錨桿錨固端位置比錨固前的滑面位置深一點(diǎn)，所以受錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的限制導(dǎo)致其并未發(fā)揮較大的作用[4]。

5 結(jié)論

綜上可知，在分析邊坡穩(wěn)定性時(shí)結(jié)合幾種原理不同的分析方法來(lái)對(duì)邊坡進(jìn)行分析評(píng)價(jià)是有必要的，通過(guò)不同方法之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，相互比較印證有利于完成一個(gè)更為復(fù)雜的邊坡分析，從而對(duì)邊坡有一個(gè)更為綜合全面的認(rèn)識(shí)，以便進(jìn)行下一步來(lái)為邊坡治理設(shè)計(jì)提供一個(gè)最優(yōu)的方案，這也是目前邊坡穩(wěn)定性分析的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。本文通過(guò)利用強(qiáng)度折減法和Flac3D軟件數(shù)值模擬計(jì)算，驗(yàn)證了該邊坡治理設(shè)計(jì)方案的合理性和可行性[5]。

參考文獻(xiàn)：

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