基于FLAC3D混凝土本构模型二次开发及边坡加固工程应用

基于FLAC3D混凝土本构模型二次开发及边坡加固工程应用蔡慧娟;蒋喆琦;张胤

【摘要】为了更好地模拟加固工程中置换洞的作用效果,本文基于FLAC3D软件的二次开发技术,推导HTC四参数本构模型的弹塑性矩阵表达公式,开发其软件计算模型,并结合边坡加固工程实例,建立其潜在滑体三维有限元模型,分别采用二次开发的HTC模型及软件自带DP模型,对边坡加固中的混凝土置换洞进行弹塑性破坏分析,通过监测点位移变化规律及塑性破坏区域扩展规律确定边坡加固后安全系数.研究发现,基于FLAC3D软件二次开发的HTC模型可成功应用于边坡加固分析的工程实例中,并且HTC模型在分析混凝土破坏方面比原有DP模型精确度要高一些,为置换洞加固的数值模拟研究提供参考依据.

【期刊名称】《江苏水利》

【年(卷),期】2018(000)008

【总页数】4页(P42-45)

【关键词】FLAC3D软件;HTC模型;二次开发;边坡加固

【作者】蔡慧娟;蒋喆琦;张胤

【作者单位】南京市水利规划设计院股份有限公司,江苏南京 210006;南京市水利规划设计院股份有限公司,江苏南京 210006;南京市水利规划设计院股份有限公司,江苏南京 210006

【正文语种】中文

【中图分类】TV5

1 概述

边坡加固工程中出现置换洞、锚杆、锚索等多种加固措施，其中以置换洞的应用最为普遍[1]。混凝土置换洞是对较大山体加固常用的一种加固手段，该加固形式通

常用于已探明山体断层及结构面情况，并可判断某潜在滑块会沿某一底滑面发生滑动，重点加固底滑面处。但目前针对置换洞的研究多为加固后的稳定性研究[2]，

对于置换洞自身破坏机理研究很少，对于边坡在临界稳定状态下，置换洞混凝土的变形和应力分布规律及混凝土拉裂和压碎破坏的部位和方向等有待进一步研究[3]。在实际应用或科研工作中，还是需要做一些本构模型的二次开发及改进[4]。其中DP准则以其简单实用的特点被广为应用，但其在处理三轴压缩情况仍存在缺陷[5]。故本文提出HTC四参数准则，该准则是考虑了混凝土多种强度破坏规定后，以4

个经验参数的形式存在于屈服函数中，其理论与实际较为接近。采用FLAC3D软

件结合C++语言二次开发出HTC四参数本构模型，将模型编译成DLL文件，实

现FLAC3D软件的调用功能。同时采用FLAC3D软件自带DP模型与HTC模型，分别模拟某一工程实例中混凝土置换洞的加固效果，比较两者的计算精度。

2 FLAC3D混凝土本构模型开发

2.1 FLAC3D本构模型开发技术

二次开发的模型通常分为两类：一类是开发FLAC并未提供模型，比如本文提到的HTC四参数本构模型；一类是对已有模型进行改进得到。相对于自行编程而言，

在成熟软件上进行本构模型的二次开发，具有花费时间少，工作效率高，可以利用原有软件成熟而强大的计算功能等优势。

目前FLAC3D 3.0版本的自定义本构模型需要Visual Studio 2005的版本来创建。Visual Studio工具是以生成解决方案的形式使得用户改编的多个工程文件

（*.vcproj）集合在一起，FLAC3D软件自身为用户提供的本构模型是以头文件

（*.h）和C++源文件（*.cpp）形式给出，当重新生成项目文件后，工作目录中会自动生成一个Debug子目录，并创建一个动态链接库文件，这个文件就是用户用来加载的自定义本构模型的关键文件。

2.2 HTC本构模型

四参数模型能比较全面地考虑混凝土破坏曲面的特征，其中比较著名的四参数公式之一为Hsieh-Ting-Chen提出，具体表达式为：

HTC准则中的4个参数A、B、C、D可由4个强度试验数据确定。取抗压强度f'c，抗拉强度f't=0.08f'c，0.10f'c，0.12f'c，双轴压力强度 f'bc=1.15f'c和一组三轴压力试验（σm/f'c，τoct/f'c，）=（-1.95，1.6），这4个参数可确定如表1所示：

表1 HTC模型的4个参数值变化关系f''t/f''c A B C D 0.08 2.8367 0.5659 11.8254 0.2723 0.10 2.0107 0.9713 9.1413 0.2310 0.12 1.4608 1.2411

7.3549 0.2035

2.3 HTC四参数矩阵表达公式推导

根据增量弹塑性本构关系，可导出HTC本构模型的弹塑性矩阵式为：

其中增量理论的弹塑性矩阵表达式为：

式中：

[D]—弹性矩阵，可由材料的弹性常数E，v或K，G表示；

[D]ep—弹塑性本构矩阵；

A—塑性强化参数，可由材料实验的应力与塑性变形的关系曲线来确定，对于理想塑性材料，可取 A=0；

F—屈服面函数表达式；

[σ]—屈服面的梯度矢量或称为流动矢量，可由屈服面函数求导而得。

为了计算弹塑性矩阵[D]ep，需要用一种适合于数值运算的形式来表示矢量[a]=F/[σ]。由式（3）可知，σ是和θ的函数，因而有：

可简化为：

式中：

该模型是根据FLAC3D自带的Mohr-Coulomb准则的头文件和源文件重新编写而成，并且在编写过程中考虑其屈服面上存在的奇点，采用将θ=+60°直接代入的方法确定式（9）～式（11）的系数，在物理上相当于将屈服面交点“圆化”了。

3 边坡加固研究

3.1 工程概况和加固措施

某边坡工程中左岸边坡岩体含缓倾角的层内和层间错动带、近于竖直的断层和卸荷裂隙，层内和层间错动带缓倾上游偏右岸，判断为潜在的底滑面，在断层和卸荷裂隙的切割下，可能形成若干个潜在滑动体。其中块体的底滑面为层内错动带，前缘以卸荷裂隙为临空面，左岸边界为断层，后缘为下游侧断层，其潜在滑块形状和加固位置见图1和图2。

图1 潜在滑动块体示意图

图2 置换洞加固位置分布图

鉴于滑块加固施工存在一定难度，故决定分两期进行加固，加固措施采用混凝土置换洞加固，一期为5根高350 cm×宽300 cm的混凝土置换洞，加固之后待置换洞强度达到开挖要求时，在表面进行削坡开挖，最后进行二期2根高400 cm×宽

600 cm的置换洞加固。

3.2 混凝土置换加固效果研究

采用软件二次开发的HTC本构模型及软件自带DP模型，分别作为混凝土置换洞的弹塑性本构计算模型，分析置换洞开挖和回填后的变形及屈服状态。采用强度折减法计算潜在滑块安全系数，主要分析滑动底面破坏区域范围及特征点位移随降强倍数的变化规律，评价置换洞的加固效果。

为全面了解所研究滑块在加固前后的变化规律，共设置了61个特征点，用于记录强度折减时块体及结构面处的位移变化，具体在不同破坏准则模拟下，选择特征点24、33、35、46处位移变化结果见图3。可见，采用DP模型与HTC模型计算监测点位移变化规律基本一致，其中DP模型计算的位移值略大一些，分析位移变化拐点处折减系数值，可认定安全系数为1.50。综合考虑混凝土破坏情况后，发现HTC模型计算的特征点位移变化趋势虽然没有以上DP模型明显，但可观察到安全系数有所降低，可认定为1.45，说明在该潜在滑体计算中存在部分双轴压坏和少量三轴压坏情况，再次证明HTC模型能够比DP模型更好地综合考虑混凝土破坏情况。

图3 特征点处X向位移与降强倍数关系曲线

由滑动底面破环百分比对比曲线（图4）可知，HTC模型的剪切破坏百分比明显大于DP模型，工程经验认为当剪切破坏百分比大于90%时为块体屈服破坏临界点，即安全系数最大点，DP模型计算的安全系数可近似定为1.50，HTC模型的略小一些为1.45。总的来说，特征点位移变化规律图与剪切破坏百分比图分析结果保持一致，故自定义本构模型和FLAC3D自带模型都能较好地体现置换洞的屈服状况。

图4 滑动底面破坏百分比对比曲线

4 结论

在研究混凝土破坏的理论中，DP准则以其简单实用的特点被广为应用，但其在处理三轴压缩情况时仍存在缺陷，于是本文提出HTC四参数准则，该准则是考虑了混凝土多种强度破坏规定后，以4个经验参数的形式存在于屈服函数中，其理论

与实际较为接近。并将HTC破坏准则在FLAC3D软件的二次开发中得以实现，成功应用于边坡加固分析的工程实例中。研究发现，HTC模型在分析混凝土破坏方

面比原有DP模型精确度要高。

【相关文献】

[ 1 ]戴妙林，鞠智敏 . 岩质边坡混凝土置换洞变形特点及加固效果分析 [ J ] . 水电能源科学. 2012，30（7）：123-126 .

[ 2 ]余志武，吴玲玉，单智 . 混凝土确定性及随机性损伤本构模型研究进展 [ J ] . 工程力学. 2017，34（9）：1-12 .

[ 3 ]林皋，刘军，胡志强 . 混凝土损伤类本构关系研究现状与进展 [ J ] . 大连理工大学学报 . 2010，50（6）：1055-1064 .

[ 4 ]李杰，吴建营 . 混凝土弹塑性损伤本构模型研究I：基本公式 [ J ] . 土木工程学报，2005，38（9）：14-20 .

[ 5 ]赵尚毅，郑颖人，邓卫东．用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定分析[ J ] . 岩石力学与

工程学报.2003，22（2）：254-260 .

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(4)利用Flac3D程序,调用前文自定义的非线性本构模型,进行了隧道的注浆加固数值分析,研究注浆加固对于软弱围岩隧道开挖的影响。通过改变围岩力学参数,对不注浆,拱顶注浆,全环注浆三种工况进行模拟,分析三种工况下隧道围岩的受力和变形。 (5)通过分析不注浆,拱顶注浆,全环注浆三种工况的数值模拟结果,得出以下结论:在开挖前对隧道的周边的软弱围岩进行注浆加固,能提高注浆区围岩的整体刚度,改善围岩的力学性能和受力情况,提高围岩的自身承载能力,减小围岩的位移,但拱脚处有可能会造成一定的应力集中,在设计支护时应对拱脚处加大支护力度,必要时可增设锁脚锚杆或者采用“注浆锚杆”,即在注浆后将注浆导管留在岩体中作为锚杆发挥作用。

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有限差分离散化分析后，在FLAC3D的图形用户界面上显示出边坡的应力、应变、位移、位移梯度、杆升沉和过程时间等参数。这些参数可以分别被检测和评估，对于模拟结果的评估相当重要。 四、FLAC3D数值模拟的优势与不足 1.优势 一方面，FLAC3D基于真实岩体力学模型，同时考虑了地震影响对边坡稳定性 的影响，模拟结果更加真实可靠。另一方面，FLAC3D模拟具有可重复、精确、精细的特点，它捕捉到了许多实际难以测量或难以理解的复杂现象。 2.不足 FLAC3D模拟过程需要输入大量的实验数据，并且计算量也比较大，所以对计 算机的要求较高，模拟过程的时间和稳定性需要保持充分的考虑。

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【作者单位】山东大学岩土与结构工程研究中心;山东正元建设工程有限责任公司;中国水电顾问集团成都勘测设计研究院 【正文语种】中文 【中图分类】TU45;TP311 【相关文献】 1.基于改进Burgers模型下巷道围岩蠕变规律研究 [J], 张传成;刘建军;薛强 2.基于ABAQUS的修正Burgers蠕变模型二次开发 [J], 付凯敏;黄晓明 3.基于岩体蠕变试验的Burgers改进模型 [J], 唐佳;彭振斌;何忠明 4.基于Burgers三维损伤蠕变模型的巷道围岩流变特性分析 [J], 汪涛;荣传新;王彬 5.基于改进Kelvin模型的三维蠕变损伤模型研究 [J], 吴祝林;王伟;朱鹏辉;陈曦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买

基于FLAC3D的边坡稳定性安全系数分析

基于FLAC3D的边坡稳定性安全系数分析 1.1地形地貌 研究区原始地形在西部、东部、北部均为河谷，高程约为 101~104 米，由山脊三级阶地往下还分布有二级阶地、一级阶地及河漫滩。因而原始地形往西部逐渐降低，自然坡度在8~30 左右，往北山脊高程逐渐降低，由153.1米降至128米。 1.2工程地质岩组 （1）地层 滑坡体及其所处山脊地层由老至新分布为：①古生界二叠系下统柯岛组(P1K2)，由柯岛组中的上亚组杂色凝灰质砂岩组成，是本次滑坡研究区内最老的地层。②新生界第四系更新统（Qp2nl），由卵石夹粗砂层组成。③第四系全新统Ｑh，由残坡积层组成,其下部为基岩风 化物，上部有少量耕植土该层厚度仅0~2m，主要分布于山脊及山坡上。 （2）工程地质岩组 削坡前对滑坡按岩性将其分为三个组，其中第一岩性组为滑坡地下水位以上的二叠纪柯岛组凝灰质砂岩层，第二岩性组为地下水位以下饱水二叠纪柯岛组凝灰质砂岩层，第三岩性组为花岗岩层。 1.3地质构造 （1）岩层产状 山脊三级阶地下分布的二级阶地、一级阶地及河漫滩，自然坡度在8~30左右，往北山脊原始坡度较小，直至到达河后自然坡度才较大，达8~20左右。研究区东部同样由山脊上的三级阶地逐渐过渡至布尔哈通河河漫滩，但自然坡度较缓，约为8~10左右。杂色凝灰质砂岩倾向北东，倾角在14°~22°左右。 （2）断层 研究区内主要分布有断层F1、F2及F3（NW60°~ NW88°间），其中F1及F2走向均为SE145°,近于平行，倾角约60°~ 70°，倾向SW。F2断层带宽约11m，断层带内充填断层泥及破碎角砾，断层泥多呈深灰黑色，强度极低，断裂带内具有大量的水平向擦痕，断层泥呈极光亮镜面。在F１通过路基部位，形成了滑坡体的最深滑动面。F1断层带宽约10m，其下盘主要为深部相花岗岩分布。 （3）节理裂隙 对滑体内岩体进行了节理统计，在研究区内有两组节理较为发育，一组为倾向NE，倾角约30°左右，另一组为倾向SW，倾角15°~18°。该两组节理对滑体内上层滑面具有控制作用。（4）水文地质条件 地下水原始状态在现滑体部位由山脊处形成局部分水岭，分别向东及向西补给布尔哈通河。 2 边坡特征 滑坡体由一期滑坡和二期滑坡两个部分组成。 （1）一期滑坡

二次开发二次开发资料FLAC3D二次开发

5.3混凝土时间效应数值计算模型的开发 5.3.1啧射混凝土及模筑混凝土时间效应参数计算 具体计算方法见第四章，计算结果如下： 1、喷射混瀕土弹性模量表达式， E（r） - 25«卩7.465已昭》0・532呷 2、喷射混厳土徐变系数表达式， 於》0.8卜佥品才]+ 0.172卩_严5卜。」2[—8-] 0.832€“叫7 +1.482^_00007*3）卩-/如郭切卜0.108 3、模筑混榮土弹性模量变化取用CEB・FIP MC1990模式规范$ E（T）■ Ec（2&）y/pt 其中：庆“0观-顾） 4、模筑浪凝土徐变系数表达式: 诃3). 0.8卜】.二（4.2息7 +0"2 阡严V 乜+ 1 0・4730叫7 [1弋皿杯冷十卩弋心00545^）] +0.1^ 5.3.2 FLAC3D软件基于O H■的用户自定义模型UDM简介 FLAC3D软件2.1以后的版本是采用面向对象的语言标准C卄编写.其本构模型都是以动态连接库文件（DLL文件）的形式提供，且都提供了用户自定义模型UDM的接口，用户可以在VC++6.0（SP4）或更高版本的开发环境中编写自己的模型.模型的主要功能是对给出的应变増量得到新的应力. UDM文件中主要包括了基类、成员函数等开发环境，用户可以根据需要对相应部分做出修改，生成自己需要的模型，并将其编译成DLL文件（动态连接库文件），它可以在任何•需要的时候载入° 模型文件的编写主真编写步骤： 1、在头文件（iwermodeLb）中进行新的本构模型派生类的声明修改模型的型数（必须大于100）、名称和版本以及派生类的私有成员。 2、在C++文件(usermodclxpp)中修改模型结构

基于FLAC3D的边坡稳定性位移分析

基于FLAC3D的边坡稳定性位移分析 研究区原始地形在西部、东部、北部均为河谷，高程约为 101~104 米，由山脊三级阶地往下还分布有二级阶地、一级阶地及河漫滩。因而原始地形往西部逐渐降低，自然坡度在8~30°左右，往北山脊高程逐渐降低，由153.1米降至128米。介质的弹塑性状采用摩尔库伦本构模型描述，依据大量的岩土力学特性的测试研究和工程地质类比，确定模型中各类介质的物理力学指标如表1。 表1 边坡物理、力学参数表 计算采用FLAC3D[1]程序中，采用于岩土材料的模型为Mohr-Coulomb弹塑性模型。模型的力学边界采用前后（Y轴方向）、两侧（X轴方向）及地面（Z轴方向）约束。 2 边坡整体稳定性的数值模拟分析 采用摩尔库伦模型，对上述模型进行非线性数值模拟，非线性的解法采用常刚度增量-初应力法。在重力的作用下，进行计算边坡在天然状态下的位移及应力模拟，得到位移及应力采样记录图、安全系数及弹塑性区域等图。 在FLAC3D中，以下的所有计算结果，压力矢量“＋”表示拉应力，“－”表示压应力；位移矢量的表示以坐标轴方向为准，即X、Y、Z轴方向的正方向为正，负方向为负。模型分析中涉及到的坡面均为边坡的正中剖面。 边坡稳定性位移分析如下： 通过FLAC3D[2, 3]程序可以得到通过指定点的位移采样记录痕迹，通过采样记录节点1（16,0 22）；2（27,0,20）的位移。得到位移采样记录图。 图4.6 点2（27,0,20）x轴位移采样记录图 由图1、图2可以看出，节点1（32.5,0,7.5）的在x 方向位移在初始条件下是不稳定的，有较大的位移量，也就是说点1所在区域的岩土体在边坡自身重力作用下是不稳定的。 节点1在z方向的位移则是随着迭代时步的增加而不断增大，并且会达到一个峰值，在边坡中表现为沉降量逐渐增大，这是由于在边坡岩土体自身重力作用下，会产生下滑力。 由图2、图3可以看出，节点2（17.5,0,10）在x方向的位移变化较快，并且初始条件下会有较大位移。表明此节点处边坡不稳定状态，滑动变形量会影响到边坡的稳定性，x方向表现为“剪切”，最大位移为-2.60x10^-6。 在本次数值模拟中，除了采样记录单个节点的位移图，还得到了滑坡的位移等值线图，如图4所示。 图5 变形矢量图 3结论 结合图例看出，边坡的位移情况与在每个点监测得到的结论是一致的，在第三组岩层（地下水位以上凝灰岩）岩体发生较大位移，出现塑性区，较容易产生滑动，稳定性差，而最底层的花岗岩则是十分稳定的。由图3变形矢量图形象的表征了变形的发生方向和相对大小，得出最大变形量为3.162e+003m，这个变形量是不可忽略的。通过以上分析，初步得出滑坡在

基于FLAC3D的边坡稳定性分析自编强度折减程序的修正

基于FLAC3D的边坡稳定性分析自编强度折减程序的修正刘汉东;贾聿颉 【摘要】Safety factor has a guiding significance in the slope stability analysis, and the finite element strength subtraction can get safety factor automatically according to the results of the calculation. But it also has deficiencies:firstly, the existing strength reduction program is compiled in the deflection;secondly, geotechnical material has two strength indexes of c and tanφ, if using the same reduc-tion factor, the two indexes in the process of reduction will fall by the same proportion, but it is not the case in the actual situation. Based on the finite element numerical calculations for obtaining the safety factors in FLAC3D, we discuss the accuracy of the self-made strength reduction program and the deflection of results. And by conducting a test according to the strength reduction deficiencies in the process of numerical calculations, we can get the correlation coefficient between c and tanφ, that is, we put forward a reasonable cor-rection coefficientβ, to amend the precision and bias. Verified by test, safety factors computed by the self-made strength reduction pro-gram show a ladder-like distribution, and have a certain relation with critical values of the defined safety factors. In addition, the cor-rection coefficient can better amend the deflection of the self-made strength reduction program and the error rate of safety factors is con-trolled with ± 0. 5%,which improve the precision of the results.%安全系数是边坡稳定性分析中的一个有指导意义的概念,强度折减法可根据计算结果自动获得安全系数.其不足之

FLAC 3D强度折减理论在边坡稳定分析中的应用

FLAC 3D强度折减理论在边坡稳定分析中的应用 季聪;佴磊;马宏;佘小光;刘录君 【摘要】FLAC3D是岩土工程中广泛应用的软件.本文主要介绍强度折减理论的基本原理,利用基于强度折减法的FLAC3D软件,对某高速公路K377+ 230 ～ K377+ 520段滑坡体进行数值模拟.计算边坡在自重作用达到初始化平衡状态时,边坡的横向与竖直方向的应力与位移,分析出边坡的破坏机制为牵引式滑坡,通过强度折减理论计算出边坡的稳定系数为0.97,由剪切应变增量云图确定边坡的滑动面.%FLAC 3D is a widely applied software in geotechnical engineering. We mainly introduce the principle of strength reduction theory. Numerical simulation on the K377 + 230 ~ k377 + 520 section of a highway has been made by FLAC 3D sofeware based on strength reduction theory. To calculate the slope lateral and vertical stress and displacement when the slope gets to the initialization equilibrium condition in dead weight function, then to analyze the result that the slope failure mechanism was retrogressive landslide; after that to calculate the slope stability coefficient as 0. 97 through the strength reduction theory, finally to determine the sliding surface by the shear strain increment chart. 【期刊名称】《世界地质》 【年(卷),期】2013(032)001 【总页数】7页(P158-164) 【关键词】FLAC3D;强度折减理论;滑动面;稳定系数

基于FLAC3D的特大型露天边坡稳定性数值模拟分析

基于FLAC3D的特大型露天边坡稳定性数值模拟分析提纲： 第一章：引言 - 研究背景和意义 - 国内外研究现状和进展 - 研究目的和内容 第二章：理论基础和数值模拟方法 - 岩土力学基础理论 - 边坡稳定性分析方法 - FLAC3D软件介绍及使用方法 第三章：数值模拟分析 - 选取模拟模型及边界条件 - 调试模型参数和边界条件 - 分析模型的动态响应及应力变形分布 第四章：模拟结果分析及讨论 - 不同荷载及边坡角度条件下边坡的稳定性分析结果 - 分析影响稳定性的因素及其重要性 - 建议边坡的设计和加固方式 第五章：结论与展望 - 结论总结 - 存在问题及展望未来研究方向 - 对边坡设计和加固的意义和应用前景的评价

注意：此提纲为中文版，如需翻译成英文可使用在线翻译工具进行翻译。第一章：引言 随着城市化的加速和工业经济的不断快速发展，大型的露天开采工程在当今社会中已成为常态。然而，这些巨型露天工程也面临着一系列的问题，其中最重要的问题之一是边坡稳定性问题。由于不同地形条件和巨大的冲击力，这种问题极其棘手，需要进行彻底和全面的研究。 边坡稳定性数值模拟分析是一种非常重要的研究方法，可以帮助工程师理解边坡的工程行为和各种负荷受力情况。在此过程中，FLAC3D软件已经得到广泛的应用，它可以通过数值计算法来模拟实际的边坡开挖和加固过程，有效预测边坡的稳定性情况。在分析边坡稳定性的过程中， FLCA3D模拟技术已经成为一种有效和可靠的工具。 本文旨在通过FLAC3D软件，对大型露天边坡的稳定性进行数值模拟分析，并通过实验结果来探讨边坡稳定性的各种因素和影响，以此作为改进边坡设计和加固方案的依据。本论文内容分为四个章节，除此外还有引言和结论部分。 在本章中，我们将首先介绍大型露天开采工程中边坡稳定性问题的背景和意义。其次，我们将对国内外关于边坡稳定性问题的研究进行回顾和评价。最后，我们将阐明本研究的目的和内容。

基于FLAC3D的抗滑桩抗震加固机理及模式研究

基于FLAC3D的抗滑桩抗震加固机理及模式研究 唐勇;余鑫;孙智慧 【摘要】以典型工程断层带边坡为原型,选择FLAC3D数值模拟方法建立三维边坡模型,分析地震作用下边坡和抗滑桩动力响应特征、抗震加固机理以及抗滑桩加固模式.结果表明,地震波对断层带边坡岩体产生振荡作用,导致岩体松弛进而向临空面滑动;边坡采用抗滑桩支护后,改善了桩周岩土体的力学性能;地震波中面波部分直接到达抗滑桩桩身位置,另一部分先到达桩间土拱处,再由土拱传播到桩身;纵波和横波传播到弹性好的抗滑桩处,能量损失较少,经反射后对边坡产生加固效用;坡高30 m、坡比1∶1时,不同桩支护不同位置的最优锚固长度为10、12 m,最优桩间距为6、7 m. 【期刊名称】《水力发电》 【年(卷),期】2019(045)007 【总页数】5页(P33-37) 【关键词】强震区;断层带边坡;抗滑桩;加固机理 【作者】唐勇;余鑫;孙智慧 【作者单位】内江职业技术学院土木工程系,四川内江641000;四川省国土空间生态修复与地质灾害防治研究院,四川成都610081;内江职业技术学院土木工程系,四川内江641000 【正文语种】中文 【中图分类】TU473.1

0 引言 我国西南部地区经历“5·12”汶川大地震后涌现出了大量的自然灾害，尤其在强震山区进行项目建设时，必须确保边坡不会失稳。在这些受地震影响的不同类型的边坡中，有一种独特的边坡——断层带边坡，国内许多学者对断层带边坡进行了研究。石玉成等[1]研究出了断层软弱带具有一定的消震作用，但其不利于抗震作用远远超过其消震作用。王明洋等[2]将断层破碎带细分为透镜结构岩石带、节理密集带和断层页岩带。温瑞智等[3]用显式有限元分析了断层破碎带受地震作用的影响。刘向峰等[4]研究出了非发震断层场地的动力响应规律。杜丽惠等[5]研究了断层的滑移和脱开规律。李瑞青等[6]采用LS-DYNA研究了不同断层参数下高边坡岩体爆破振动的动态影响规律。 表2 抗滑桩结构参数密度/kg·m-3弹性模量/GPa泊松比截面积/m2Y轴惯性矩/m4极惯性矩/m4切向耦合弹簧刚度/GPa·m-1切向耦合弹簧内聚力/GPa·m-2法向耦合弹簧刚度/GPa·m-1法向耦合弹簧内聚力/GPa·m-22 700800.141.32.613 0001313013 000 近年来，抗滑桩的数值模拟计算分析成果显著。冯文娟等[7]抗滑桩设计时采用了FLAC3D模拟验算。罗渝等[8- 9]得出了桩-锚复合结构中抗滑桩的阻力随坡度地震系数和抗滑距离的增加而增大，随斜坡材料的内摩擦角增加而减小的结论。陶云辉等[10]研究桩加速度的变化规律以及桩前后土压力的分布情况。肖晓春等[11] 从地震动输入、桩-土模量比和桩的几何特性3个方面，对边坡进行了参数敏感性分析。Maheshwari等[12]得出了桩顶位移增大而其他部位有效降低的结论。Takewaki等[13]说明了群桩效应有利于桩基稳定性。 本文以典型工程断层带边坡为原型，选择FLAC3D数值模拟方法建立三维边坡模型，分析地震作用下边坡和抗滑桩动力响应特征、抗震加固机理以及加固模式。

邓肯张本构模型在FLAC3D中的开发与实现

邓肯张本构模型在FLAC3D中的开发与实现 一、本文概述 随着计算机技术的不断发展和数值模拟方法的日益成熟，岩土工程领域的数值模拟分析已成为研究岩土工程问题的重要手段。邓肯张本构模型（Duncan-Chang Constitutive Model）作为一种能够描述岩土材料非线性、弹塑性行为的本构模型，在岩土工程领域具有广泛的应用。然而，在岩土工程数值模拟软件FLAC3D中，邓肯张本构模型并未直接内置，因此需要对其进行开发与实现。 本文旨在探讨邓肯张本构模型在FLAC3D中的开发与实现过程。将介绍邓肯张本构模型的基本原理和特点，包括其应力-应变关系、屈服准则、硬化法则等。然后，将详细阐述如何在FLAC3D中通过用户自定义本构模型（User-Defined Constitutive Model）接口实现邓肯张本构模型，包括模型的初始化、应力更新、应变更新等关键步骤。还将讨论邓肯张本构模型在FLAC3D中的数值实现方法，如如何设置模型参数、如何处理模型的非线性问题等。 通过本文的研究，旨在为FLAC3D用户提供一种在岩土工程数值模拟中应用邓肯张本构模型的有效方法，也为其他岩土工程数值模拟软件的本构模型开发与实现提供借鉴和参考。本文的研究成果将有助于提高岩土工程数值模拟的准确性和可靠性，推动岩土工程领域的数

值模拟研究向更高水平发展。 二、邓肯张本构模型基本理论 邓肯张本构模型（Duncan-Chang Model）是一种广泛使用的岩土工程材料本构模型，主要用于描述土的应力-应变关系。该模型基于 土的弹塑性理论，能够模拟土的非线性、弹塑性和剪胀性等行为。 邓肯张本构模型的基本假设包括土的应力-应变关系是非线性的，土的应力路径对其后续行为有影响，以及土的体积变化与其应力状态有关。模型的核心在于其应力-应变关系的数学描述，其中包括弹性 部分和塑性部分。 在弹性部分，邓肯张模型采用了切线弹性模量来描述土的弹性行为，这个模量随着应力的变化而变化，体现了土的非线性弹性特性。切线弹性模量的计算通常依赖于土的应力状态和土的类型。 在塑性部分，邓肯张模型引入了塑性势函数和硬化参数来描述土的塑性行为。塑性势函数用于确定塑性应变的方向，而硬化参数则用于描述土的硬化行为，即随着塑性应变的增加，土的应力水平也会增加。 邓肯张模型还考虑了土的剪胀性，即土的体积在剪切过程中可能会发生变化。这种剪胀性对土的应力-应变关系有着重要的影响，邓 肯张模型通过引入剪胀角来描述这一特性。