某水庫天然邊坡穩(wěn)定性FLAC3D數(shù)值分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u581某水庫天然邊坡穩(wěn)定性FLAC3D數(shù)值分析案例 1214381.1FLAC3D模型的建立 1200671.2巖體力學(xué)參數(shù)選取 547281.3模型計算邊界設(shè)置 6262681.4計算結(jié)果分析 650481.4.1應(yīng)力分析 6122231.4.2安全系數(shù) 9209381.4.3塑性區(qū)與剪應(yīng)變 91.1FLAC3D模型的建立馱英水庫右岸溢洪道邊坡剖面圖如4-1所示，本課題采用在ANSYS中進行模型的建立和網(wǎng)格的劃分,再將劃分好的網(wǎng)格用特定的接口程序?qū)氲紽LAC3D中進行運算.圖4-1馱英水庫右岸溢洪道邊坡剖面圖馱英水庫右岸邊坡地形較為復(fù)雜，巖體破碎，軟弱結(jié)構(gòu)面較多，節(jié)理裂隙發(fā)育，層間存在泥化夾層，在節(jié)理裂隙相互切割作用下，易形成不利組合，出現(xiàn)有小坍塌或掉塊。選取其中具有典型代表性的三個剖面進行建模計算，其剖面分別如下圖4-2，4-3和4-4所示。圖4-2剖面Ⅰ剖面Ⅰ以指向坡外為X軸正方向，豎直向上為Z軸正方向，垂直于X軸并逆河流方向為Y軸正方向。模型計算范圍X方向為230.58m，Y方向厚度取10m，Z方向最大高度為211.97m（高程從100m到311.97m）。該模型主要由J1B1-4-1、J1B1-4和J1B1-3組成，圖中紅色線為強風(fēng)化帶與中風(fēng)化帶的分界線，黃色線為中風(fēng)化帶與微風(fēng)化帶的分界線，J1B1-4-1包含了強風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化三個部分，J1B1-4包含了中風(fēng)化和微風(fēng)化兩個部分，J1B1-3只有微風(fēng)化部分。順坡向節(jié)理J2張開無填充，產(chǎn)狀為N41°W,NE∠75-86°，斜切節(jié)理J3張開無填充或填充巖屑，產(chǎn)狀為N85°W,NE∠56°。計算模型共剖分節(jié)點數(shù)12570個，單元數(shù)8306個。圖4-3剖面Ⅰ的FLAC3D模型圖4-4剖面Ⅱ圖4-5剖面ⅡFLAC3D模型剖面Ⅱ以指向坡外為X軸正方向，豎直向上為Z軸正方向，垂直于X軸并逆河流方向為Y軸正方向。模型計算范圍X方向為221.85m，Y方向厚度取10m，Z方向最大高度為213.68m（高程從100m到313.69m）。該模型主要由J1B1-4-1、J1B1-4和J1B1-3組成，圖中紅色線為強風(fēng)化帶與中風(fēng)化帶的分界線，黃色線為中風(fēng)化帶與微風(fēng)化帶的分界線，J1B1-4-1只存在強風(fēng)化部分，J1B1-4也只存在強風(fēng)化部分，J1B1-3存在強風(fēng)化、中風(fēng)化和微風(fēng)化三個部分。順坡向節(jié)理J2張開無填充，產(chǎn)狀為N63°W,NE∠89°，計算模型共剖分節(jié)點數(shù)15114個，單元數(shù)9802個。圖4-6剖面Ⅲ圖4-7剖面Ⅲ的FLAC3D模型剖面Ⅲ以指向坡外為X軸正方向，豎直向上為Z軸正方向，垂直于X軸并逆河流方向為Y軸正方向。模型計算范圍X方向為237.37m，Y方向厚度取10m，Z方向最大高度為202.40m（高程從100m到302.40m）。該模型主要由J1B1-4-1、J1B1-4和J1B1-3組成，圖中紅色線為強風(fēng)化帶與中風(fēng)化帶的分界線，黃色線為中風(fēng)化帶與微風(fēng)化帶的分界線，J1B1-4-1、J1B1-4和J1B1-3均包含了強風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化三個部分。順坡向節(jié)理J2張開無填充，產(chǎn)狀為N41°W,NE∠75-86°。計算模型共剖分節(jié)點數(shù)13582個，單元數(shù)8874個。1.2巖體力學(xué)參數(shù)選取表4-1巖體力學(xué)參數(shù)選取值表地層巖性風(fēng)化狀態(tài)密度（kg/m3）彈性模量(GPa)變形模量（GPa）泊松比抗拉強度（MPa）抗剪斷強度f(MPa)c,(MPa)J1b1-2含鈣粉砂質(zhì)泥巖夾砂巖、泥質(zhì)粉砂巖強風(fēng)化2.472.561.90.40.90.950.15中風(fēng)化2.542.331.30.350.80.750.4微風(fēng)化2.672.131.00.30.700.7J1b1-3砂巖夾少量泥質(zhì)粉砂巖強風(fēng)化2.452.131.30.350.90.450.2中風(fēng)化2.521.780.90.250.750.80.6微風(fēng)化2.551.490.80.220.71.050.85J1b1-4-1含鈣粉砂質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖、砂巖強風(fēng)化2.371.330.90.40.60.450.15中風(fēng)化2.421.290.80.350.50.750.4微風(fēng)化2.451.040.70.30.40.950.71.3模型計算邊界設(shè)置對模型底部施加全約束，限制其在X,Y,Z方向的移動，對于前后面Y=0,Y=10界面施加法向約束，限制Y方向的移動，對于左右界面施加全約束，限制X方向的移動。在初始條件中，未考慮構(gòu)造應(yīng)力，僅考慮自重應(yīng)力產(chǎn)生的初始應(yīng)力場。本模型采用摩爾-庫倫本構(gòu)模型，輸入對應(yīng)的材料參數(shù)，包括體積模量、剪切模量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力和抗拉強度?？紤]到實際邊坡位移早已完成，故將初始位移設(shè)置為零，只考慮開挖后的位移。1.4計算結(jié)果分析通過FLAC3D計算邊坡在天然條件下的最大主應(yīng)力，最小主應(yīng)力，塑性區(qū)，最大剪應(yīng)變和安全系數(shù)，分析其穩(wěn)定狀況。同時可以與之后開挖工況下的云圖對比，分析開挖后邊坡應(yīng)力應(yīng)變變化情況。1.4.1應(yīng)力分析通過FLAC3D計算邊坡在天然條件下的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力，得到的云圖如下所示：圖4-8剖面Ⅰ的最大主應(yīng)力云圖圖4-9剖面Ⅰ的最小主應(yīng)力云圖圖4-10剖面Ⅱ的最大主應(yīng)力云圖圖4-11剖面Ⅱ的最小主應(yīng)力云圖圖4-12剖面Ⅲ的最大主應(yīng)力云圖圖4-13剖面Ⅲ的最小主應(yīng)力云圖天然狀況下只考慮了重力的作用，沒有考慮其他構(gòu)造應(yīng)力，只包括是巖體的自重應(yīng)力，故天然應(yīng)力以壓應(yīng)力為主，且隨著高程降低，壓應(yīng)力逐漸增大，雖然邊坡頂部存在局部的拉應(yīng)力，但對邊坡穩(wěn)定性影響不大?？傮w分布符合工程實際經(jīng)驗，具體值如下表所示：表4-2各剖面最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力最大主應(yīng)力（MPa）最小主應(yīng)力（MPa）拉應(yīng)力壓應(yīng)力拉應(yīng)力壓應(yīng)力剖面Ⅰ0.06861.94820.00971.6820剖面Ⅱ0.12241.77580.05081.5373剖面Ⅲ0.15011.84750.02451.70991.4.2安全系數(shù)同時計算出了每個剖面在天然狀況下的安全系數(shù)，如表4-3所示：表4-3安全系數(shù)剖面Ⅰ剖面Ⅱ剖面Ⅲ安全系數(shù)1.231.251.34查詢相關(guān)規(guī)范《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》（SL386-2007）得出天然邊坡的安全系數(shù)需大于1.2，由此可得剖面Ⅰ、剖面Ⅱ、剖面Ⅲ均是安全的，可以進行施工開挖工作。1.4.3塑性區(qū)與剪應(yīng)變圖4-14剖面Ⅰ的塑性區(qū)圖4-15剖面Ⅰ的剪應(yīng)變云圖剖面Ⅰ在自重應(yīng)力的影響下出現(xiàn)了貫通的曾經(jīng)出現(xiàn)塑性的區(qū)域，并且存在零星的正在發(fā)生塑性的區(qū)域，沿著貫通的塑性帶可能會發(fā)生滑動，發(fā)生邊坡失穩(wěn)問題。剪應(yīng)變最大出現(xiàn)在一條J2節(jié)理附近。圖4-16剖面Ⅱ的塑性區(qū)圖4-17剖面Ⅱ