FLAC3D模拟技术在地质灾害设计中的应用

FLAC3D模拟技术在地质灾害设计中的应用

四川省煤田地质局一四一队四川德阳618000

摘要:近几十年来,为加速发展,全国上下大兴土木,边坡、矿山以及基坑开挖现象随处可见,从而衍生处大量的地质灾害,严重威胁人民的生产生活。本文以某工程滑坡区的治理工程做为研究对象,依靠FLAC3D建模技术,直观的分析其治理效果。

关键词:滑坡,抗滑桩,预应力锚索,FLAC3D

边坡是人类施工活动中最基本、最常见的地理环境和工程类型之一,到了近代,随着经济的快速发展,各种人为不稳定边坡、矿山、等不良地质现象随处可见,所造成的经济损失也不断攀升[1-3],每年国家都会投入相当一部分资金用来治理这些不良地质问题。本文以某工程滑坡区的治理工程做为研究对象,依靠FLAC3D建模技术,直观的分析其治理效果,对同类工程的治理具有一定的参考价值。

1工程概况

某工程项目因建设的需求,在场地周边形成多处高陡边坡,雨季来临,边坡受降雨等不良工况的作用下,坡体发生位移、垮滑,严重威胁在场地施工的工人及附近居民的人身安全,急需治理。

2支护方案确定

经地质勘查,勘查区地层从上到下依次为含角砾粘土、强风化板岩、中风化板岩,岩体物理学参数详见表1

按照《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)附录E推荐的公式E.10对滑坡的剩余下滑力进行计算,并对滑坡稳定性进行评价。

通过计算分析,在暴雨工况下,滑坡稳定性系数Ks=0.996,处于不稳定状态,急需治理。

设计人员结合场地特征以及得出的滑坡相关设计参数,最终确定滑坡区的治理方案:在滑坡体前缘设置抗滑桩,在抗滑桩顶部设置预应力锚索。具体参数为:抗滑桩桩芯间距为5m,桩径1.5*2.0m,桩长10.0m;预应力锚索横向间距为3m,纵向间距为3m,抗拔力为1251KN。

3FLAC3D数值模拟分析

建立天然无支护状态下的边坡模型,模型中划分三个地层,并在模拟中做了如下假设[4]:

(1)边坡的破坏是按照Mohr-coulomb准则进行破坏;

(2)岩土体的介质为连续的力学介质;

(3)岩土体内不存在微小的空洞。

注明:带“*”的参考相关资料取值

依据参数及实际地质情况建立模型,并得出无支护条件下边坡的位移等值线云图,如图1。

由图1可知,在无支护的条件下,滑坡体前缘发生位移量为14.8cm;在滑坡体中部发生位移量为8.0~12.0cm;在滑坡体后缘发生位移量为5.0cm。无支护条件下安全系数为0.996,故必须对其进行安全支护。

现对该滑坡的治理方案进行FLAC3D数值模拟,模拟参数主要为:在坡体每一剖面上均设置预应力锚索一束,抗拔力为1251KN,抗滑桩一根,桩径1.5*2.0m,桩长10.0m。建立的模型大小为,对滑坡治理工程进行模拟,具体如下图2-图3。

从图3位移云图可以看出,治理后的滑坡体前缘与无支护条件下相比,,所产生最大位移量为1.259cm,并且坡体各滑带无贯通现象。

通过以上分析,我们可知,通过预应力锚索和抗滑桩支护对滑坡的治理,边坡的稳定性得到了根本性好转。

4结论

1)通过FLAC3D对治理工程的数值模拟分析,可以得出预应力锚索和抗滑桩支护对加强该边坡的稳定性起到的良好作用。

2)在生产实践中,通过建立FLAC3D数值三维模型,可以较为直观的论证治理工程在地质灾害防治中所发挥的作用,结果一目了然,比二维模型更具有说服力,但三维模型的建立所需要的参数较为复杂,若能简化参数,将大大提高设计单位工作效率,故仍存在很大的研究空间和研究价值。

参考文献

[1]郑颖人主编.边坡与滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社,2007.1

[2]刘兴远,雷用等编著.边坡工程-设计.检测.鉴定与加固[M].北京:中国建筑工业出版社,2007,4-5

[3]赵明阶,何光春等编著.边坡工程处治技术.北京:人民交通出版社,2003.9

[4]潘龙.土钉支护的能量法稳定分析[J].合肥工业大学学报自然科学版,2011年34卷5期

[5]李成庆.主动施力与被动受力结构在同一滑坡体中的共同作用研究,研究生论文,2012.7

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