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。
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