中国地质大学数值模拟上机报告.docx

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中国地质大学数值模拟上机报告

FLAC3D数值模拟上机报告

计算模型分别如图1、2、3所示，边坡倾角分别为30°、45°、60°，岩土体参数为：

容重r＝2500kg/m3,弹性模量E＝1×108Pa，泊松比μ＝0.3，

抗拉强度σt＝0.8×106Pa，内聚力C＝4.2×104Pa，摩擦角φ＝17°

试用FLAC3D软件建立单位厚度的计算模型，并进行网格剖分，参数赋值，设定合理的边界条件，利用FLAC3D软件分别计算不同坡角情况下边坡的稳定性，并进行结果分析。

附换算公式：

1kN/m3=100kg/m3

剪切弹性模量：

体积弹性模量：

一、坡度为30°的情况

图1倾角为30°的边坡（单位：

m）

算例分析：

命令流：

new

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;建立网格模型

genzonebrickp0000p110000p2020p30040size50110

genzonebrickp040040p1100040p240240p374.64060p4100240&

p574.64260p6100060p7100260size30110

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;定义本构模型

modelmohr

propdensity2500.0bulk8.3E7shear3.8E7coh42000.0tens0.8E6friction17

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;设置边界条件

fixxyzrangez-0.10.1

fixxrangex99.9100.1

fixxrangex-0.10.1

fixy

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;设置重力加速度

setgravity=10.0

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;设定初始条件

inisxx0.0syy0.0szz0.0sxy0.0sxz0.0szz0.0

inixvel0.0yvel0.0zvel0.0

inixdis0.0ydis0.0zdis0.0

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;安全系数求解

defcalfos

minf=0.1

maxf=2.2

loopwhilemaxf-minf>0.01

fs=（maxf+minf）/2.0

refric=atan（0.30/fs）*180/3.14

recoh=42000/fs

command

profricrefriccohrecoh

setmechratio1e-5

solvestep5000

printfs

end_command

aa=mech_ratio

ifaa<1e-5then

minf=fs

else

maxf=fs

end_if

end_loop

end

calfos

图1网格剖分图

图2速度矢量图

图3速度等值线图

图4位移等值线图

图5剪应变增量云图

图6最小主应力云图

图7最大主应力云图

安全系数：

因此，最终计算边坡稳定性系数为1.453516

二、坡度为45°的情况

图2倾角为45°的边坡（单位：

m）

算例分析：

命令流：

new

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;建立网格模型

genzonebrickp0000p110000p2020p30040size50110

genzonebrickp040040p1100040p240240p360060p4100240&

p560260p6100060p7100260size30110

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;定义本构模型

modelmohr

propdensity2500.0bulk8.3E7shear3.8E7coh42000.0tens0.8E6friction17

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;设置边界条件

fixxyzrangez-0.10.1

fixxrangex99.9100.1

fixxrangex-0.10.1

fixy

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;设置重力加速度

setgravity=10.0

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;设定初始条件

inisxx0.0syy0.0szz0.0sxy0.0sxz0.0szz0.0

inixvel0.0yvel0.0zvel0.0

inixdis0.0ydis0.0zdis0.0

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;安全系数求解

defcalfos

minf=0.1

maxf=2.2

loopwhilemaxf-minf>0.01

fs=（maxf+minf）/2.0

refric=atan（0.30/fs）*180/3.14

recoh=42000/fs

command

profricrefriccohrecoh

setmechratio1e-5

solvestep5000

printfs

end_command

aa=mech_ratio

ifaa<1e-5then

minf=fs

else

maxf=fs

end_if

end_loop

end

calfos

图1网格剖分图

图2速度矢量图

图3速度等值线图

图4位移等值线图

图5剪应变增量云图

图6最小主应力云图

图7最大主应力云图

安全系数：

因此，最终边坡的稳定性系数为1.10894

三、坡度为60°的情况

图3倾角为60°的边坡（单位：

m）

算例分析：

命令流：

new

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;建立网格模型

genzonebrickp0000p110000p2020p30040size50110

genzonebrickp040040p1100040p240240p351.55060p4100240&

p551.55260p6100060p7100260size30110

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;定义本构模型

modelmohr

propdensity2500.0bulk8.3E7shear3.8E7coh42000.0tens0.8E6friction17

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;设置边界条件

fixxyzrangez-0.10.1

fixxrangex99.9100.1

fixxrangex-0.10.1

fixy

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;设置重力加速度

setgravity=10.0

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;设定初始条件

inisxx0.0syy0.0szz0.0sxy0.0sxz0.0szz0.0

inixvel0.0yvel0.0zvel0.0

inixdis0.0ydis0.0zdis0.0

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;安全系数求解

defcalfos

minf=0.1

maxf=2.2

loopwhilemaxf-minf>0.01

fs=（maxf+minf）/2.0

refric=atan（0.30/fs）*180/3.14

recoh=42000/fs

command

profricrefriccohrecoh

setmechratio1e-5

solvestep5000

printfs

end_command

aa=mech_ratio

ifaa<1e-5then

minf=fs

else

maxf=fs

end_if

end_loop

end

calfos

图1网格剖分图

图2速度矢量图

图3速度等值线图

图4位移等值线图

图5剪应变增量图

图6最小主应力云图

图7最大主应力云图

安全系数：

因此，最终边坡的稳定性系数为0.8957

分析：

根据三种角度的边坡的位移矢量图，当坡角为30°时，边坡的最大位移发生在边坡后壁某一深度处，这主要是重力梯度的作用结果，在坡脚处的位移很小，可见边坡的角度很小时，边坡基本不会发生沿坡面倾向方向的运动；由位移等值线图可见，边坡的最大位移都发生在坡脚处，且坡角越大的边坡，坡脚处的最终位移越大。

通过边坡剪切应变增量和速度矢量图，可以明显看到除30°的边坡外，45°和60°的边坡都存在贯通的塑性区域，即潜在滑动面，速度矢量图有利的佐证了质疑判断，因滑动面外侧区域各网格点的速度明显大于其他区域，说明这一区域出现明显的滑动。

由三种角度边坡的安全系数可见：

坡脚越大，边坡稳定性越差，当坡脚达到某一角度时，边坡的稳定性将小于1，即可能发生破坏。

四、坡度为60°的边坡开挖情况

算例分析：

命令流：

new

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;建立网格模型

genzonebrickp0000p110000p2020p30040size50110

genzonebrickp040040p1100040p240240p350050&

p4100240p550250p6100050p7100250size30110

genzonebrickp053050p1100050p253250p363060&

p4100250p563260p6100060p7100260size15110

genzonebrickp045.77050p153050p245.77250p351.55060&

p453250p551.55260p663060p763260size15110groupexc1

genzonebrickp040040p150050p240240p345.77050&

p450250p545.77250&size30110groupexc2

groupsection2rangey02groupexc2

groupsection1rangey02groupexc1

attachface

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;定义本构模型

modelas

prodensity2500bulk0.83e8she0.38e8

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;设置边界条件

fixxyzrangez-.1.1

fixxrangex99.9100.1

fixxrangex-0.10.1

fixy

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;设置重力加速度

setgravity00-10.0

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;设定初始条件

inixdisp0ydisp0zdisp0

inixvel0yvel0zvel0

;＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞

;开挖

modmohr

prodensity2500bulk0.83e8she0.38e8fric17coh4.2e4ten0.8e6dila20

modnullrangegroupsection1

modnullrangegroupsection2

;安全系数求解

defcalfos

minf=0.1

maxf=2.2

loopwhilemaxf-minf>0.01

fs=（maxf+minf）/2.0

refric=atan（0.30/fs）*180/3.14

recoh=42000/fs

command

profricrefriccohrecoh

setmechratio1e-5

solvestep5000

printfs

end_command

aa=mech_ratio

ifaa<1e-5then

minf=fs

else

maxf=fs

end_if

end_loop

end

calfos

图1网格剖分图

图2速度矢量图

图3速度等值线图

图4位移等值线图

图5剪应变增量云图

图6剪切状态图

安全系数：

所以，开挖后的安全系数为1.3387

分析：

由位移等值线图可知，开挖前后位移场可见，边坡位移最大的地方为坡脚，但是对坡肩开挖后，坡脚的位移明显变小，这是由于对坡肩的开挖是下覆土体进行了卸荷，使得重力梯度对边坡的影响减小，速度矢量图有力的佐证了上述观点，坡肩开挖后，边坡的剪应力增量和速度矢量明显变小。

用强度折减法对边坡开挖前后进行稳定性计算，得到开完前后安全系数Ks是1.34，说明对坡肩的开挖，有利于边坡的稳定性。

FLAC3D对于边坡开挖工程的施工具有十分重要的指导意义。

从这个开挖实例中可以看出，FLAC3D在边坡工程中具有很好的实用性，它可以动态模拟边坡开挖的过程，动态监测边坡开挖过程中坡体产生的变形，从而为我们是否应该采取支护措施以及怎样支护提供依据。