FLAC3D强度折减法在排土场边坡稳定性分析中的应用.pdf

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1、巨葱圈露天采矿技术2013年第7期·13·FLAC3D强度折减法在排土场边坡稳定性分析中的应用郝全明，李帅，高国强，刘斌(内蒙古科技大学矿qk-r程学院，内蒙古包头014010)摘要：将FLAC3D软件和强度折减法相结合，应用于露天矿排土场边坡的稳定性分析，采用位移突变判据和塑性区贯通判据来判断边坡是否发生失稳破坏，最后求出边坡的稳定性系数。用FLAC3D强度折减法计算边坡稳定系数比直接输入solve命令求解时速度快、更直观、更方便。关键词：FLAC3D；强度折减法；稳定系数中图分类号：TD824．7文献标识码：B文章编号：1671—9816(2013)07—0013—03FLAC3D是由

2、美国Itasca公司开发的一个三维原理是首先将边坡强度参数粘聚力c和内摩擦角有限差分程序，其原理是采用快速拉格朗日有限差同时除以折减系数，，得到一组新的c和值，然后分法。目前，FLAC3D软件已广泛应用于边坡稳定性将新的c和值作为一组新的材料参数输人计算，评价、拱坝稳定分析、地下矿床开采、隧道工程、支护不断增加F的值，直到边坡达到极限状态，发生失稳设计等多个领域【”。在计算边坡稳定性系数时，直接破坏，这时所对应的F的值即为边坡的稳定性系数。在FLAC3D软件中输入solve命令求解的方法，计算用公式表示如下：速度慢，所需要的运算时间长，不够直观。本文则另tan~p=(tan~)F辟他径，采

3、用将FLAC3D软件和强度折减理论相结c=clF合的方法来求解边坡稳定性系数。式中：F为折减系数；c、分别为岩土边坡最初的粘聚力和内摩擦角；c、分别为经过折减后的IFLAC3D软件简介粘聚力和内摩擦角[31。FLAC3D包含I1种材料本构模型，分别是空单3边坡发生失稳破坏的判据元模型、3种弹性模型(正交各向异性、各向同性、横向各向同性)、7种塑性模型(应变硬化／软化模型、本文采用的强度折减法判断边坡是否失稳破坏摩尔一库仑模型、双线性应变硬化，软化多节理模型、的依据主要有：Druker—Prager模型、D—Y模型、修正的剑桥模型、多1)位移突变判据。由理想弹塑性材料构成的边节理模型)。FL

4、AC程序采用快速拉格朗日方法，它坡进入极限状态时，必然是其中一部分岩土材料相基于显示差分法求解运动方程和动力方程，将计算对于另一部分发生无限制的滑移。随着折减系数的区域划分为若干个单元。FLAC3D具有功能强大的变化，边坡结点的位移也会发生变化，并且位移存在自动三维网格生成器，内部定义了多种基本的单元突变现象，如果边坡结点的位移发生突变，则说明边形状，在生成比较复杂的三维网格时，可以利用坡发生失稳破坏。FISH语言来自定义单元形状，然后组合这些基本单2)塑性区贯通判据。边坡失稳破坏可以看成是元即可[2】。塑性区逐渐发展、扩大直至贯通而进入完全塑流状态，无法继续承受荷载的过程。该判据认为随着

5、折减2强度折减法的原理系数的增大，坡体内部分区域将产生不同程度的塑性变形，如果发生塑性变形的区域相互贯通，则说明在采用强度折减理论分析边坡的稳定性时，不边坡发生失稳破坏[41。需要对滑动面的位置和形状做假定，强度折减法的收稿日期：2013—02—034排土场边坡稳定性系数求解实例作者简介：郝全明(1957一)，男，内蒙古包头人，教授、硕士研究生导师，现从事矿业系统工程、露天矿开采技术等方某露天矿排土场的边坡模型如图l所示。3个面的教学及科研工作。台阶的岩土层由上到下分别为：强风化层、弱风化层·14·露天采矿技术2013年第7期和微风化层。模型断面宽度为213m，高度为128m，从图2中可以

6、看出，当折减系数为1．0时，边坡3个台阶的高度由上到下分别为20m，20m，24m，结点最大位移为2．2cm；当折减系数为1．8时，边坡基底岩土层厚度为64m，材料本构模型为摩尔一库结点最大位移为2．3em；当折减系数为1．9时，边坡仑模型，边坡面为自由边界，其余为固定边界。结点最大位移为2．4cm；当折减系数为2．0时，边坡该排土场的岩土体的物理力学指标如表1所示。结点最大位移为2．5cm；当折减系数为2．1时，边坡结点最大位移为3．0cm；当折减系数为2．2时，边坡结点最大位移为28．0cm，边坡结点的最大位移与折减系数的关系可以用图4来表示。5结果分析从图3中可以看出，当折减系数刚开

7、始逐渐增加时，边坡体内部分区域产生塑性变形，当折减系数增加到2．2时，、边坡体上部区域出现塑性区贯通情形，表明边坡发生失稳现象。根据塑性区贯通判据以图1边坡FLAC3D模型及保守考虑，边坡的稳定系数为2．1。表I不同岩性的物理力学指标从图4中可以看出，当折减系数由1．8刚开始逐渐增加时，边坡结点的最大位移变化缓慢，呈缓慢增加趋势，当折减系数由2．1增加到2．2时，最大位移由3．0em快速增加到28．0cm，产生位移突变。