PFC和FLAC耦合計算滑坡抗滑樁(2025年6月18日已經更新,提供全部的代碼)

FLAC常用來模擬連續介質宏觀力學行為,PFC常用來模擬離散介質細觀力學行為。本文使用SocketO/I接口讓FLAC與PFC軟件可以進行數據傳輸與交換,從而實現連續區域與離散區域的耦合計算。本文使用基于邊界控制墻體的方法實現耦合。其耦合計算原理如圖所示。在具體的實施中,需要在發生耦合作用的連續單元的表面上生成PFC模型中的墻單元,生成的墻單元做為離散元單元和連續單元之間耦合的介質。

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在數值試驗之前,采用PFC進行巖體三軸試驗進行顆粒細觀參數標定。三軸試驗的樣品尺寸為直徑1m,高度2.5m。在PFC中生成9627個球體,顆粒的大小分布于0.005-0.1m之間,隨機分布)。顆粒之間采用接觸粘結模型,以模擬塔坪滑坡體破碎砂巖堆積層。三軸試驗以實際滑坡的堆積層碎裂巖體的力學參數為依據,通過三軸試驗反演本次模擬的滑體離散元顆粒及其接觸參數。由室內三軸試驗可知,塔坪滑坡的碎裂巖體的力學參數如下:滑體碎裂巖巖屑長石砂巖天然塊體密度平均值2.19g/cm3,單軸天然抗壓強度標準值為8E07 pa;變形模量標準值為1.8E09 Pa;泊松比平均值為0.24。反演獲取的抗壓強度為1.02E08 pa, 變形模量為7.28E08pa, 泊松比為0.30。

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本次數值試驗構建群樁和滑坡結構體系的概化模型,先在FLAC/3D中構建抗滑樁群和滑坡體的有限元模型,抗滑樁群的懸臂端和嵌固段分開,且嵌固段與滑床之間通過接觸面連接。接著,將滑體的有限元模型刪除,在樁體懸臂端、滑床生成與離線元顆粒耦合的墻體,模型的四周和頂部生成墻體,用于生成滑體的顆粒。接著使用PFC命令流在墻體中填充顆粒。

滑體的顆粒分為Zone-A 、Zone-B和Zone-C三個區域。Zone-B為本次研究的主要分析區域,其顆粒尺寸為0.05-0.2 m,為了減少計算量,Zone-A和Zone-C的顆粒尺寸為0.1-0.25m。滑帶位置的厚度為0.5m,顆粒尺寸為0.05-0.2 m。其顆粒和接觸參數見表5-1與5-2。在墻體內生成顆粒后,使用切片工具進行刪除,將模型切割為坡面30°的概化模型。本次試驗構建的PFC-FLAC模型共有469166個顆粒。模型的寬度為20m,滑體的厚度為20m,滑床的厚度為20m,Zone-A的長度為5m,Zone-B的長度為20m和Zone-C的長度為39m。抗滑樁的共設置4排,樁間距設置為4m,排間距為3m,抗滑樁設置為有限元模型??够瑯兜膽冶鄱?,通過墻體與滑體顆粒進行接觸;嵌固段通過接觸面與滑床進行耦合。試驗過程中對左側的墻體施加0.005m/s的速度,推擠Zone-A滑體向樁群運動。

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結果:

計算的樁身變形:

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樁間應力分布:

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