基于FLAC理论的边坡稳定性分析

赵辉

摘要：为了更好地对边坡稳定性进行分析并采取有效治理，本文利用FLAC法对边坡稳定性进行分析，并将其与传递系数法进行对比，结果表明，两种方法计算结论基本一致，但FLAC法能反映出边坡体内的应力和应变变化规律，同时可以提出更加合理的治理方案，对有效消除边坡隐患具有较强指导意义。

关键词：FLAC，应力，应变，边坡稳定性

中图分类号： O347 文献标识码： A

在边坡评价与治理中常采用基于极限平衡理论计算边坡稳定系数的传递系数法。此法求出的土体间内力和滑裂面底部反力不是真实存在的力，也无法分析稳定破坏的发生和发展过程，更无法考虑局部变形对边坡稳定的影响，求出的稳定性系数只是所假定的滑裂以上的平均安全度，而不能很好地反映土体内部应力一应变关系 [1]。木文结合工程实例，通过采用极限平衡法和基于强度折减的FLAC法对边坡稳定性问题进行对比分析，评价基于强度折减的FLAC法在边坡稳定问题分析的适用性，反映出边坡体内的应力和应变变化规律。

一、FLAC的基本原理[2]-[4]

FLAC是由美国Itasca Consulting Coup lnc开发的三维显式有限差分法程序，它可以模拟岩土或其它材料的三维力学行为。它可随着构形的不断变化，不断更新坐标，允许介质有较大的变形。模型经过网格划分，物理网格映射成数学网格，数学网格上的某个结点就与物理网格上相应的结点坐标相对应。对于某一个结点而言，在每一时刻它受到来自其周围区域合力的影响。如果合力不等于零，结点就具有了失稳力，就要产生运动。对于每一个区域而言，可以根据其周围结点的运动速度求得它的应变率，然后根据材料的本构关系求得应力的增量。由应力增量求出和时刻各个结点的不平衡力和各个结点在时的加速度。对加速度进行积分，即可得结点新的位移值，由此可以求得各结点新的坐标值。

FLAC先调用运动方程由网格点速度求得单元应变率，由应力应变本构关系计算单元应力，从而确定结点的合力，若网格点受到的合力不等于零，那么它就具有不平衡力，进而可以求得网格点新的速度和位移，到此计算为一个循环，然后按时步进行下一步的循环，直到问题收敛，即单元的最大不平衡力随时步增加而逐渐趋于极小值，则计算稳定，循环结束。

二、举例

本文以某边坡为例进行稳定性分析。该边坡坡高10m，由两部分组成，0-4m为粉质黏土，4m以下为弱风化的花岗岩，按照铁路规范，由粉质黏土组成的土坡放坡比例为1：1.5，坡度较缓，由花岗岩组成的岩坡放坡比例为1：0.75，坡度较缓，原始模型如图（1）所示。

图1 原始边坡模型

本文分别采用了geoslope程序中传递系数法和FLAC分析程序对该边坡进行了数值模拟，利用geoslope程序获得了边坡的潜在破裂面位置图(见图2)，利用FLAC程序获得了该坡剪应力布云图、剪应变分布云图以最大不平衡力随时间的变化曲线（见图3~5），同时分别计算稳定性系数，两种方法计算的稳定性系数均为1.6。

图2边坡的潜在破裂面位置图

图3 剪应力布云图

图4 最大不平衡力分析图

图5边坡位移场分析图

结语：

本文采用基于强度折剪的 FLAC程序，逐步分析折减土体和岩体的力学参数，改变土体的屈服准则，计算边坡的应力应变，由此判断边坡是否处于稳定状态,并以破坏前土坡达到临界状态的折减系数为稳定性系数，由剪应变分布云图（图3）和位移场（图5）可知，最大剪应变和最大位移主要都集中在坡脚处，而采用传递系数法对坡体进行数值模拟（见图2）所得到的潜在破裂面也在坡脚处，而且二者所得的稳定性系数是一致的，所以二者所得结论基本一致，这也印证了破裂面通常在坡脚发生的事实。但是，与传递系数法相比，用FLAC 法对边坡进行稳定性分析，可得到边坡体内各单元的应力图和应变图，更详细地了解边坡内应力和应变的变化规律，为后期边坡治理方案的选择及设计提供可靠的依据。由于 FLAC在岩土工程中具有广泛的应用价值,当然它不仅仅限于边坡，还可应用于其他静力、动力、蠕变、渗流和温度等领域的分析。

参考文献：

[1]白秋生 何健. FLAC 法在三峡库区滑坡稳定性分析中的应用[J].三峡研究,2006（03）

[2]郑颖人 赵尚毅. 岩土工程极限分析有限元法及其应用[J].土木工程学报，2005（3）

[3]刘波 韩彦辉. FLAC原理、实例与应用指南[M] .北京:人民交通出版社 ,2005

[4]张斌 刘 聂德新等.高速公路泥岩边坡时效变形破坏机理分析[J].岩石力学与工程学报,2003（22）