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FLAC2D数值模拟技术在路堤堆载工程中的应用 　　摘要:对路堤堆载工程中路堤与地基结合部(即坡角)容易发生塌陷、滑坡等不稳定现象的原因进行了认真的剖析,并利用FLAC2D数值分析技术对路堤堆载工程中路堤发生的应力、应变及位移进行了详细分析,同时绘制出了路堤堆载前后路堤的竖向应力云图、水平位移云图、最大不平衡力变化曲线图、表层沉降曲线图。通过数值模拟我们发现了引起路堤滑坡的症结所在,提出了安全防范措施,确保了安全生产。? 　　关键词:路堤堆载;FLAC2D;安全防范措施? 　　中图分类号:TU 　　文献标识码:A? 　　文章编号:1672-3198(2010)13-0344-02? 　　 　　1 FLAC数值模拟技术具有以下优点? 　　1.1 命令驱动模式? 　　FLAC/FLAC3D有两种输入模式:? 　　(1)人机交互模式,即从键盘输入各种命令控制软件的运行;? 　　(2)命令驱动模式,即写成命令流文件,由文件来控制软件的运行。其中,命令驱动模式为FLAC/FLAC3D的主要输入模式,尽管这种驱动方式对于简单问题的分析过于繁杂,但对于那些从事大型复杂工程问题的分析而言,因涉及多次参数修改、命令调试,这种方式无疑是最有效、最经济的。? 　　1.2 专一性? 　　FLAC/FLAC3D专为岩土工程力学而分析开发,内置丰富的弹、塑性材料本构模型(其中FLAC内置11个,FLAC3D内置12个),有静力、动力、蠕变、渗流、温度5种计算模式,各种模式间可以相互耦合,以模拟各种复杂的工程力学行为。? 　　FLAC/FLAC3D可以模拟多种结构形式,如岩体、土体或其他材料实体――梁、锚元、桩、壳以及人工结构,如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩等。通过设置界面单元,可以模拟节理、断层或虚拟的物理边界等。? 　　借助其强大的绘图功能,用户能绘制各种图形和表格。用户可以通过绘制计算时步函数关系曲线来分析、判断体系何时达到平衡与破坏状态,并在瞬时计算或动态计算中进行量化监控,从而通过图形直观地进行各种分析。? 　　1.3 开放性? 　　FLAC/FLAC3D几乎是一个全开放的系统,为用户提供了广阔的研究平台。通过其独特的命令驱动模式,用户几乎参与了从网格模型的建立、边界条件的设置、参数的调试到计算结果的输出等全部求解过程,自然能深刻地理解分析的实现过程。? 　　利用其内置的程序语言FISH,用户可以定义新的变量或函数,以适应特殊分析的需要。利用FISH,用户可以设计自己的材料本构模型;用户可以在数值试验中进行伺服控制;可以指定特殊的边界条件;自动进行参数分析;可以获得计算过程中节点、单元的参数,如坐标、位移、速度、材料参数、应力、应变和不平衡力等。? 　　2 问题的提出? 　　路堤堆载工程是一种常见的岩土工程项目,例如在高速公路建设、铁路建设等工程中都少不了路堤堆载工程。在路堤堆载工程中,路堤与地基的结合部由于受到岩土自重、以及路堤上部物体的压力等因素的影响往往是最薄弱的环节,容易出现塌陷、滑坡等不稳定现象,严重地制约了安全生产。那么怎样确保路堤与地基的结合部在外力作用下不出现塌陷、滑坡等不稳定现象呢?为此我们需要对路堤与地基的结合部在外力作用下其应力应变关系进行科学分析,并根据分析结果采取必要的安全措施,确保安全生产。? 　　路堤与地基的结合部实际上是一个边坡,因此在边坡稳定性分析中常用的极限平衡法也适用于路堤边坡的稳定性分析。人们通常比较倾向于使用极限平衡法中的Bshop法和Sarma法来进行边坡的稳定性分析。随着计算机技术的飞速发展新的岩土工程分析软件不断问世,为实时分析岩土边坡的应力、应变关系提供了科学的、高效的手段。FLAC/FLAC3D软件就是在这种背景下应运而生的。这里我们着重运用FLAC2D数值模拟技术来对路堤边坡的稳定性进行科学分析,以便于指导安全生产。? 　　3 FLAC2D数值模拟技术的具体应用? 　　包头市某正在建设的高速公路路堤堆载工程如图(1)所示,地基土分为两层,厚度为20m,上部为粘土层,厚度为8m,下部为砂土层,厚度为12m,具体的土层参数如表(1)所示。路堤填筑高度为4m,分两次进行填筑。据此我们运用FLAC2D数值模拟技术来分析路堤填筑后边坡的应力、应变关系以及位移状态。? 　　岩土名称土体密度ρ(Kg/m?3)弹性模量E(Mpa)泊松比μ内聚力 c(Kpa)内摩擦角Ф(°) 　　填土层185070.351010 　　粘土层170050.35510 　　砂土层1900160.35025 　　3.1 建立边界模型? 　　由图(1)可以看出,由于路堤断面具有竖直方向的对称性,因此可以考虑选择对称的一半断面进行建模计算,如图(2)所示,以便