高填方路基稳定性的FLAC-3D分析

1、高填方路基稳定性的FLAC3D分析高填方路基稳定性分析采用和边坡稳定性分析相似的方法，主要有极限平衡法1，2，3、现代岩土数值方法411和概率法等。极限平衡法已经发展得相对成熟，目前大多数规范均规定采用极限平衡法进行边坡稳定分析，但是极限平衡分析法不能解决分析高填方路基应力和应变的问题。后来出现有限元分析高填方路基的稳定性，有限元在解决小变形方面有其优越性，但通常的高填方路基破坏为大变形问题，有限元在解决大变形方面不十分方便，而基于拉格朗日差分原理的FLACFastLagrangianAnalysisofContinua）在计算过程允许材料发生屈服及流变，适合于解决岩土工程中经常遇到的大应变，

2、因此本文采用FLAC-3D结合长沙某段高填方路基来分析高填方路基的大变形问题。2FLAC-3D基本原理FLAC-3D求解时采用了下面的计算方法模型的混合离散化:模型经过网格划分，物理网格映射成数学网格，连续介质被离散为若干互相连接的六面体单元，作用力均被集中在结点上，而在计算过程中，程序内部又将每个六面体分为以六面体角点作为角点的两个四面体，变量均在四面体1/5上进行计算，六面体单元的应力应变取值为其内四面体的体积加权平均值；显式有限差分方法:变量关于空间和时间的一阶导数均用有限差分来近似，运动方程和动力方程均采用显式方法求解；动态松弛方法:应用质点运动方程求解，通过增加非粘性阻尼力使系统运动

3、衰减至平衡状态。FLAC的计算方法连续介质几何方程可以联立（21）、（22）、（23）三式即可求得各单元的应力速度张量、应变速度张量和速度矢量，求解过程见图1。3工程实例理论分析强度折减法莫尔库伦塑性模型适用于松散状和粘结状的散粒材料，对一般的岩土体力学行为都有很好的模拟。根据文献4,5，强度折减法计算所得的安全系数同简化Bishop法相差不大，因此本文采用莫尔库伦模型作为高填方路基的模拟，通过强度折减法求解安全系数。某高填方路基稳定性分析本文结合长沙某段高填方路基，该路基采用粉质粘土作为填充材料，最高填方达到10m，上部6m坡率为1:2，下部4m坡2/5率为1:1.5,下底宽度为62m,对该

4、段路基进行适当的简化，得到如图2所示的FLAC-3D模型。图3图6为内聚力和内摩擦角折减后得到的模型的计算参数。图3为利用FLAC3D计算出的最大不平衡力随时间步长关系曲线，可以此次计算是收敛的，通过近*步的计算，最终的最大不平衡力为20.49N,节点近似达到平衡。图4是对高填方路基边坡坡率变换的点（905）点X方向位移进行监视得到的该点X方向位移随时步的变化的关系，其最大的位移为-1.37cm（负号表示向左边偏移），该处位移较大。图5中显示高填方路基的最大位移绝对值均超过1.57cm，图6中显示XZ方向的剪力最大值为6.7kpa,图6左侧窗口中显示了采用强度折减法计算得到的高填方路基稳定性安

5、全系数fos为1.09，可以判定该高填方路基处于不稳定状态。压实度检测弯沉试验首先要求施工单位对路基进行整平，整平后再对其全线进行弯沉试验。弯沉试验检测频率为每车道20m检测一次。钻芯试验用小110标准薄壁取土器取样，再用环刀法或蜡封法测试湿密度；用酒精燃烧法测试土样含水量。压实度计算：pd=p/(1+0.01w)(31)式中：pd试样干密度(g/cm3)试样湿密度(g/cm3)w试样含水量(%)K=pd/pcx100(32)式中：K测试点的施工压实度(%)pd试样干密度(g/cm3)pc由击实试验得到的试样最大干密度(g/cm3)3.2.2结论该段路基表层：表面松散，未碾压密实；含水量偏高。

6、抽捡路段共取土样8个，土样含水量普遍稍高，具体数据见表1。压实度大于等于94的点为3个，所占百分率：37.5；压实度大于等于93的点为1个，所占百分率：12.5；压实度大于等于90的点为4个，所占百分率：50.0；压实度达不到94%的设计要求。从压实度方面看，该段高填方处于未压实的状态，验证了高填方路基的稳定性计算。4结论FLAC-3D基于显式有限差分法的拉格朗日算法，内置了包含1个“空”模型、3个弹性模型和6个塑性模型等l0种材料模型和梁、锚杆等4种结构单元，特别适用于岩上工程结构的弹塑性力学行为、模拟施工过程等方面。FLAC-3D抗剪强度折减法在求解过程中采用动态松弛技术，不需要求解大型联立方程组，计算简单、方便，节省了大量的内存和计算时间，同极限平衡法相比不仅能满足力的平