張傳 張晟 路思明

摘 要：邊坡治理設計方案在真正實施之前需要驗證其合理性和可行性。而驗證方案的合理性和可行性需要通過與設計方案不同的方法來進行驗證。本邊坡治理設計方案采用的是極限平衡法與巖土理正軟件進行設計的，為了驗證本方案的合理性與可行性，本文將采用FLAC 3D+強度折減法對原方案進行數(shù)值計算模擬驗證，然后對驗證過程與結果進行分析，對原方案進行必要的補充與完善，以期最終能得到一個更優(yōu)的邊坡治理方案。

關鍵詞：治理設計方案;邊坡穩(wěn)定性;FLAC 3D;強度折減法;數(shù)值模擬

中圖分類號：U416.14;U442.2 文獻標識碼：A 文章編號：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)北側和東側，其中北側邊坡為工程建設過程中開挖形成的高陡邊坡。通過現(xiàn)場調(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措施，因此，在強降雨條件下邊坡坡面及坡頂存在崩滑現(xiàn)象。項目上已經(jīng)對此提出了邊坡治理設計方案。該方案設計了分級降坡+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行計算分析。為了驗證該方案的合理性和可行性，本文將采用強度折減法和FLAC 3D模擬軟件對其進行驗證[1]。

2 計算模型的建立及相關參數(shù)選取

本模型的建立及物理參數(shù)取值依據(jù)該工程治理設計方案，抓住問題的關鍵，力求還原真實的邊坡原貌，從而獲得可靠的計算分析結論。通過查閱項目上邊坡治理設計方案可知邊坡巖土體的物理參數(shù)如表1所示。

為了增加模擬驗證的說服力，本模型選擇與項目上的治理設計方案相同的198°方向的主滑剖面A-A代表滑坡隱患體進行巖土體的建模，具體如圖1所示。

計算模型沿[x]、[y]、[z]方向的計算范圍為50 m×2 m×26 m。在[x]、[z]方向拓寬邊界[2H]（[H]為邊坡的高），以減少邊界范圍對計算結果的影響。在[y]方向選擇一個最小單元剖面長度2 m來滿足錨桿的布置方式，對模型的[x]=0，[x]=50，[y]=0，[y]=2，[z]=0所在平面邊界進行約束，僅上表面為自由面，建立一個平面等效模型，采用適于巖土體分析的摩爾-庫倫本構關系進行求解[2]。

巖石的彈性模量及泊松比選用參考《工程地質(zhì)手冊》（第五版）中的相關經(jīng)驗值，巖土參數(shù)選用該治理工程勘察值，見表2，錨桿、水泥漿信息參考治理工程相關設計參數(shù)和FLAC 3D5.0手冊所提供的經(jīng)驗計算公式[1]。

3 數(shù)值模擬計算結果與分析

3.1 邊坡原始狀態(tài)暴雨工況下計算結果與分析

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

從計算結果圖可知，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果幾乎一致。對比圖2的兩張圖片并根據(jù)最大剪應變增量云圖的分布，可以清楚地看到其臨界失穩(wěn)破壞狀態(tài)滑面的位置，即位于強風化巖與破碎強風化巖接觸面。這樣一來也就佐證了前面利用理正巖土軟件計算時所假設的潛在滑動面的位置是正確的。因此，該邊坡在暴雨情況下是達不到一個安全穩(wěn)定的條件的，需要采取相應的治理措施[3]。

3.2 邊坡削坡后暴雨工況下計算結果與分析

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

削坡后，邊坡整體自重應力減小，穩(wěn)定性顯著增加，穩(wěn)定性數(shù)系數(shù)為1.39，相比未削方前暴雨狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)增加了0.38，治理效果非常顯著。結合最大剪應變增量云圖和臨界狀態(tài)下的坡體位移等值線分布圖，能較好反映出極限狀態(tài)時滑裂面位于0.05 m實線位置。

3.3 邊坡削坡錨固后暴雨工況下計算結果與分析

接著在削坡的基礎上進行錨固處理，所采用的全長注漿無預應力錨桿參數(shù)見表5，計算結果如圖4（a）、（b）所示。

邊坡錨固后其穩(wěn)定性計算結果為1.55，較錨固前提高了0.16，結合最大剪應變增量云圖和臨界狀態(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)時滑裂面位于0.04 m實線位置。該位置較錨桿錨固端位置更深一些，這也說明了在錨桿強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 結果分析對比

通過查閱項目上該邊坡治理設計方案，結合本文的數(shù)值模擬計算結果，可得兩種計算方法的結果對比如表6所示。

從表6可知，F(xiàn)LAC 3D數(shù)值計算結果較理正軟件略大，但是總體差別不是很大?？傊ㄟ^FLAC 3D數(shù)值計算驗證了該邊坡治理設計方案是可行的[5]。

在數(shù)值計算中，錨固后的安全系數(shù)提高值僅為0.16，而在理正計算中其提高值為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，所以受錨桿設計長度的限制導致其并未發(fā)揮較大的作用[4]。

5 結論

綜上可知，在分析邊坡穩(wěn)定性時結合幾種原理不同的分析方法來對邊坡進行分析評價是有必要的，通過不同方法之間的優(yōu)勢互補，相互比較印證有利于完成一個更為復雜的邊坡分析，從而對邊坡有一個更為綜合全面的認識，以便進行下一步來為邊坡治理設計提供一個最優(yōu)的方案，這也是目前邊坡穩(wěn)定性分析的一個發(fā)展趨勢。本文通過利用強度折減法和Flac3D軟件數(shù)值模擬計算，驗證了該邊坡治理設計方案的合理性和可行性[5]。

參考文獻：

[1]黃潤秋.邊坡治理工程的數(shù)值模擬研究[J].地質(zhì)災害與環(huán)境保護，1996（1）：69-76.

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[3]劉動.城市快速公路邊山體滑坡治理設計研究[J].土工基礎，2015（4）：40-43.

[4]馮磊，李智武，楊仕教.炎汝高速公路邊坡錨桿-放坡支護協(xié)調(diào)優(yōu)化設計[J].南華大學學報（自然科學版），2018（5）：55-59.

[5]王率.基于FLAC3D數(shù)值分析方法的前郭縣朝陽村后山滑坡穩(wěn)定性研究及治理設計[D].長春：吉林大學，2018.