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FLAC3D是一种基于三维显式有限差分法的数值分析方法,它可以模拟岩土或其它材料的三维力学行为。这种算法应用了混合单元离散模型,可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形,尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有其独到的优点。
在实际的工程中存在着大量人工开挖的边坡问题,形成大量工程边坡,而边坡工程完成的好坏,对于主体工程的正常运转又起着至关重要的作用。对于土质边坡的研究,国内外学者已经有了许多比较成熟的方法、经验,而岩质高边坡的研究还不是很完善,对于开挖岩石高边坡工程,人们最为关注的是坡体开挖后的稳定性分析评价以及据此而采取相应的治理整治措施,他直接涉及到生产效益和人类生产活动的安全问题。
本文重点研究了FLAC3D在岩质高边坡在开挖后的应力位移变化、安全系数的确定以及分级开挖后的支护问题方面的应用。主要工作有:
(1)对边坡稳定分析的方法、理论进行了归纳和总结,阐述了屈服准则及破坏准则的基本概念,并简要介绍了Mohr-Coulomb准则、杜拉克-普拉格(Drucker-Prager)准则、流动法则、强度折减系数法;
(2)对国际流行的通用分析程序FLAC3D进行了系统学习,介绍了Mohr-Coulomb准则、D-P准则、流动法则、强度折减系数法在FLAC3D中的实现。通过对其分析比较,确定采用莫尔—库伦模型进行边坡稳定计算,以强度折减系数法确定边坡的安全系数;
(3)重点分析岩质高边坡开挖后的地应力场的二次分布状态,由于FLAC3D自带的确定安全系数的Solve fos命令的局限性,本文以FLAC3D内嵌的FISH语言为编程基础,编制了计算稳定安全系数的强度折减系数法的应用程序,进行边坡整体开挖后安全系数的确定;
(4)结合某工程实例进行稳定安全系数计算,通过对不同折减系数下岩质高边坡的的应力、位移、塑性区等的分析比较,确定高边坡的安全系数,得到了一组有实际参考价值的研究成果。
(5)用FLAC3D编制命令流,进行边坡分级开挖后的支护措施计算,对分级开挖的边坡按照“随开挖,随支护”的原则进行了锚杆支护。通过对岩质高边坡开挖后锚固和非锚固工况的分析比较,确定工程支护措施的加固效果。