基于FLAC3D的边坡变形破坏机理数值模拟研究.pdf

露 大 米 自 厂 孜 不 2 0 1 2年第 4期 5 9 基于 F L A C 3 D 的边坡变形破坏机理数值模拟研究 艾兴 ( 煤炭科学研究总院沈阳研究院，辽宁 抚顺 1 1 3 1 2 2 ) 摘要： 掌握边坡变形破坏机理是制定合理滑坡防治措施的前提和基础。文章结合工程实例， 采用大型 岩土工程软件 F L A C 3 D 对边坡稳定性进行数值模 拟研 究， 确定了潜在滑坡模式， 探讨 了边坡岩体的应力分布、 位移分布及变形破坏特征， 进而明确了变形破坏机理。研究成果表明了F A L C 在边坡稳定性分析方面的适 用性 。 关键词： F L A C ； 边坡稳定性 ； 变形破坏机理 ； 数值模拟 中图分类号： T D 8 2 4 7 + 1 文献标识码： B 文章编号： 1 6 7 19 8 1 6( 2 0 1 2 )0 40 0 5 90 3 对于边坡稳定性 的研究 已有 1 0 0余年 的历史 ， 目前广泛采用刚体极限平衡法。但由于传统的刚体 极 限平衡 理论没有考虑岩 土体 内部 的应力应 变关 系 ， 无法分析边坡破坏的发生和发展过程 ， 无法考虑 变形及地形变化对边坡稳定性 的影 响。随着计算机 技术的飞速发展 ，近年来数值模 拟技术得到了广泛 应用 ， 若边坡分析需要考虑应力变形时 ， 一般需结合 数值模拟进行研究t ” 。本文只在采用 F L A C ， 结合工 程实例 ，对边坡稳定性及其变形破坏机理进行 了数 值模拟研究 ， 为合理防治措施的制定提供依据。 2工程 概 况 某排矸场物料排弃方式为 自然堆积 ， 由 67个 台阶构成 ， 为典型的多台阶堆填土边坡 ， 最上一个 台 阶标高 1 2 8 8 in ， 总高度达 1 0 0余米。按工程地质特 征可将排矸场岩土层 自上而下划分为 ： 排弃物料 ， 第 四系粉土层 ， 第四系粘土层 ， 第 四系砂砾层 ， 风化基 底层。 图 1为该矿选煤厂排矸场现状断面图。 各层岩 土物理力学指标采用值列于表 1中。 表 1 排矸场岩土物理力学综合指标推荐值 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 4 2 7 作者简介： 艾兴( 1 9 7 7 一 ) ， 男， 2 0 0 2年毕业于辽宁工程 技术大学采矿工程专业， 工程师， 现工作于煤炭科学研究总 院 沈 阳研 究 院 。 图 1 黑岱沟露天矿选煤厂排矸场排弃现状平面图 3 F L A C 简介 F L A C s o 是由美国 I t a s ca公司开发的有限差分软 件 ， 在解决岩土工程问题上具有很大的优越性 ， 是求 解岩土工程问题的最理想工具之一【 ” 。 考虑到排矸场 边坡稳定主要涉及到的材料为岩土 ，他们都是松散 状和粘结状 的粒状散体材料 ，因此本文采用 Mo h r C o u l u m b塑性模型进行模拟计算 。 关 于破坏准 lJ 2 1 ， 对于土和受静水压力不太大的 岩 土体 ，可 假定 其 Mo h r的包络 线为 直线 ，这 时 Mo h r C o u l u mb屈服条件可以表示为 ： I I =c +( 一 o ) t a n p ( 1 ) 式 中 为岩石的内摩擦角 ， c 为粘结力。 F L A C 。 在求解边坡 的稳定系数时 3 1 ， 将岩土材 料 的抗剪强度 c、 值同时除以一个折减系数 ， 得 到一组新 的抗剪强度值 c 、 ， 将其作为新的力学参 数带入进行试算，当边坡土体符合给定的临界破坏 状态判定条件 时，所对应 的折减系数 被称为边 坡的最小稳定系数 。 4 排矸场稳定性数值模拟 4 1 排 矸 场稳 定性