中国地质大学数值模拟上机报告

FLAC数值模拟上机报告

计算模型分别如图1、2、3所示，边坡倾角分别为30°、45°、60°，岩土体参数为： 容重r＝2500 kg/m3, 弹性模量E＝1×108 Pa，泊松比μ＝0.3，

抗拉强度σt＝0.8×106 Pa，内聚力C＝4.2×104 Pa，摩擦角φ＝17°

试用FLAC3D软件建立单位厚度的计算模型，并进行网格剖分，参数赋值，设定合理的边界条件，利用FLAC3D软件分别计算不同坡角情况下边坡的稳定性，并进行结果分析。 附 换算公式：

1 kN/m3= 100 kg/m3

3D

E11080.385108(Pa) 剪切弹性模量：G2(1)2(10.3)E11080.833108(Pa) 体积弹性模量：K3(12)3(120.3)一、 坡度为30°的情况

25.36404010060图1 倾角为30°的边坡(单位：m)

算例分析： 命令流： new

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;建立网格模型

gen zone brick p0 0 0 0 p1 100 0 0 p2 0 2 0 p3 0 0 40 size 50 1 10

gen zone brick p0 40 0 40 p1 100 0 40 p2 40 2 40 p3 74.64 0 60 p4 100 2 40 & p5 74.64 2 60 p6 100 0 60 p7 100 2 60 size 30 1 10

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;定义本构模型

30°

model mohr

prop density 2500.0 bulk 8.3E7 shear 3.8E7 coh 42000.0 tens 0.8E6 friction 17 ; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;设置边界条件

fix x y z range z -0.1 0.1 fix x range x 99.9 100.1 fix x range x -0.1 0.1 fix y

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;设置重力加速度 set gravity = 10.0

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;设定初始条件

ini sxx 0.0 syy 0.0 szz 0.0 sxy 0.0 sxz 0.0 szz 0.0 ini xvel 0.0 yvel 0.0 zvel 0.0 ini xdis 0.0 ydis 0.0 zdis 0.0

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;安全系数求解 def calfos minf=0.1 maxf=2.2 loop while maxf-minf>0.01 fs=(maxf+minf)/2.0

refric=atan(0.30/fs)*180/3.14 recoh=42000/fs command pro fric refric coh recoh set mech ratio 1e-5 solve step 5000 print fs end_command aa=mech_ratio if aa<1e-5 then minf=fs else maxf=fs end_if end_loop end

calfos

图1 网格剖分图

图2 速度矢量图

图3 速度等值线图

图4 位移等值线图

图5 剪应变增量云图

图6 最小主应力云图

图7 最大主应力云图

安全系数：

因此，最终计算边坡稳定性系数为1.453516

二、 坡度为45°的情况

40404010060图2 倾角为45°的边坡(单位：m)

算例分析： 命令流： new

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;建立网格模型

gen zone brick p0 0 0 0 p1 100 0 0 p2 0 2 0 p3 0 0 40 size 50 1 10

gen zone brick p0 40 0 40 p1 100 0 40 p2 40 2 40 p3 60 0 60 p4 100 2 40 & p5 60 2 60 p6 100 0 60 p7 100 2 60 size 30 1 10

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;定义本构模型 model mohr

prop density 2500.0 bulk 8.3E7 shear 3.8E7 coh 42000.0 tens 0.8E6 friction 17 ; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;设置边界条件

fix x y z range z -0.1 0.1 fix x range x 99.9 100.1 fix x range x -0.1 0.1 fix y

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;设置重力加速度 set gravity = 10.0

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;设定初始条件

ini sxx 0.0 syy 0.0 szz 0.0 sxy 0.0 sxz 0.0 szz 0.0 ini xvel 0.0 yvel 0.0 zvel 0.0 ini xdis 0.0 ydis 0.0 zdis 0.0

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;安全系数求解 def calfos minf=0.1

45°

maxf=2.2

loop while maxf-minf>0.01 fs=(maxf+minf)/2.0

refric=atan(0.30/fs)*180/3.14 recoh=42000/fs command pro fric refric coh recoh set mech ratio 1e-5 solve step 5000 print fs

end_command aa=mech_ratio if aa<1e-5 then minf=fs else maxf=fs end_if end_loop end calfos

图1 网格剖分图

图2 速度矢量图

图3 速度等值线图

图4 位移等值线图

图5 剪应变增量云图

图6 最小主应力云图

图7 最大主应力云图

安全系数：

因此，最终边坡的稳定性系数为1.10894

三、 坡度为60°的情况

48.45404010060图3 倾角为60°的边坡(单位：m)

算例分析： 命令流： new

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;建立网格模型

gen zone brick p0 0 0 0 p1 100 0 0 p2 0 2 0 p3 0 0 40 size 50 1 10

gen zone brick p0 40 0 40 p1 100 0 40 p2 40 2 40 p3 51.55 0 60 p4 100 2 40 & p5 51.55 2 60 p6 100 0 60 p7 100 2 60 size 30 1 10

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;定义本构模型 model mohr

prop density 2500.0 bulk 8.3E7 shear 3.8E7 coh 42000.0 tens 0.8E6 friction 17 ; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;设置边界条件

fix x y z range z -0.1 0.1 fix x range x 99.9 100.1 fix x range x -0.1 0.1 fix y

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;设置重力加速度 set gravity = 10.0

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;设定初始条件

ini sxx 0.0 syy 0.0 szz 0.0 sxy 0.0 sxz 0.0 szz 0.0 ini xvel 0.0 yvel 0.0 zvel 0.0 ini xdis 0.0 ydis 0.0 zdis 0.0

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;安全系数求解 def calfos minf=0.1 maxf=2.2

60°

loop while maxf-minf>0.01 fs=(maxf+minf)/2.0

refric=atan(0.30/fs)*180/3.14 recoh=42000/fs command pro fric refric coh recoh set mech ratio 1e-5 solve step 5000 print fs

end_command aa=mech_ratio if aa<1e-5 then minf=fs else maxf=fs end_if end_loop end

calfos

图1 网格剖分图

图2 速度矢量图

图3 速度等值线图

图4 位移等值线图

图5 剪应变增量图

图6 最小主应力云图

图7 最大主应力云图

安全系数：

因此，最终边坡的稳定性系数为0.8957

分析：

根据三种角度的边坡的位移矢量图，当坡角为30°时，边坡的最大位移发生在边坡后壁某一深度处，这主要是重力梯度的作用结果，在坡脚处的位移很小，可见边坡的角度很小时，边坡基本不会发生沿坡面倾向方向的运动；由位移等值线图可见，边坡的最大位移都发生在坡脚处，且坡角越大的边坡，坡脚处的最终位移越大。

通过边坡剪切应变增量和速度矢量图，可以明显看到除30°的边坡外，45°和60°的边坡都存在贯通的塑性区域，即潜在滑动面，速度矢量图有利的佐证了质疑判断，因滑动面外侧区域各网格点的速度明显大于其他区域，说明这一区域出现明显的滑动。

由三种角度边坡的安全系数可见：坡脚越大，边坡稳定性越差，当坡脚达到某一角度时，边坡的稳定性将小于1，即可能发生破坏。

四、 坡度为60°的边坡开挖情况

48.4540开挖后坡面原始坡面34010060算例分析： 命令流： new

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;建立网格模型

gen zone brick p0 0 0 0 p1 100 0 0 p2 0 2 0 p3 0 0 40 size 50 1 10 gen zone brick p0 40 0 40 p1 100 0 40 p2 40 2 40 p3 50 0 50 & p4 100 2 40 p5 50 2 50 p6 100 0 50 p7 100 2 50 size 30 1 10 gen zone brick p0 53 0 50 p1 100 0 50 p2 53 2 50 p3 63 0 60 & p4 100 2 50 p5 63 2 60 p6 100 0 60 p7 100 2 60 size 15 1 10

gen zone brick p0 45.77 0 50 p1 53 0 50 p2 45.77 2 50 p3 51.55 0 60 & p4 53 2 50 p5 51.55 2 60 p6 63 0 60 p7 63 2 60 size 15 1 10 group exc1 gen zone brick p0 40 0 40 p1 50 0 50 p2 40 2 40 p3 45.77 0 50 & p4 50 2 50 p5 45.77 2 50 & size 30 1 10 group exc2

group section2 range y 0 2 group exc2 group section1 range y 0 2 group exc1 attach face

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;定义本构模型 mod elas

pro density 2500 bulk 0.83e8 she 0.38e8

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;设置边界条件

fix x y z range z -.1 .1 fix x range x 99.9 100.1 fix x range x -0.1 0.1 fix y

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

60°45°45°

;设置重力加速度 set gravity 0 0 -10.0

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;设定初始条件

ini xdisp 0 ydisp 0 zdisp 0 ini xvel 0 yvel 0 zvel 0

; ＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞ ;开挖 mod mohr

pro density 2500 bulk 0.83e8 she 0.38e8 fric 17 coh 4.2e4 ten 0.8e6 dila 20 mod null range group section1 mod null range group section2 ;安全系数求解 def calfos

minf=0.1 maxf=2.2

loop while maxf-minf>0.01 fs=(maxf+minf)/2.0

refric=atan(0.30/fs)*180/3.14

recoh=42000/fs command

pro fric refric coh recoh set mech ratio 1e-5 solve step 5000 print fs

end_command aa=mech_ratio if aa<1e-5 then minf=fs else

maxf=fs end_if end_loop

end calfos

图1网格剖分图

图2 速度矢量图

图3 速度等值线图

图4 位移等值线图

图5剪应变增量云图

图6 剪切状态图

安全系数：

所以，开挖后的安全系数为1.3387

分析：

由位移等值线图可知，开挖前后位移场可见，边坡位移最大的地方为坡脚，但是对坡肩开挖后，坡脚的位移明显变小，这是由于对坡肩的开挖是下覆土体进行了卸荷，使得重力梯度对边坡的影响减小，速度矢量图有力的佐证了上述观点，坡肩开挖后，边坡的剪应力增量和速度矢量明显变小。

用强度折减法对边坡开挖前后进行稳定性计算，得到开完前后安全系数Ks是1.34，说明对坡肩的开挖，有利于边坡的稳定性。FLAC3D对于边坡开挖工程的施工具有十分重要的指导意义。从这个开挖实例中可以看出，FLAC3D在边坡工程中具有很好的实用性，它可以动态模拟边坡开挖的过程，动态监测边坡开挖过程中坡体产生的变形，从而为我们是否应该采取支护措施以及怎样支护提供依据。