FLAC數(shù)值模擬介紹

1、標(biāo)準(zhǔn)FLAC-3D(Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua) 是美國(guó) Itasca Consulting Goup lnc開(kāi)發(fā)的三維快速拉格朗日分析程序，該程序能較好地模擬地質(zhì)材料在達(dá)到強(qiáng)度極限或屈服極限時(shí)，發(fā)生的破壞或塑性流動(dòng)的力學(xué) 行為，特別適用于分析漸進(jìn)破壞和失穩(wěn)以及模擬大變形.FLAC3D分析的使用領(lǐng)域根據(jù)手冊(cè)總結(jié)如下：(1)承受荷載能力與變形分析：用于邊坡穩(wěn)定和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)(2)漸進(jìn)破壞與坍塌反演：用于硬巖采礦和隧道設(shè)計(jì)(3)斷層構(gòu)造的影響研究：用于采礦設(shè)計(jì)(4)施加于地質(zhì)體錨索支護(hù)所提供的支護(hù)力研究：巖錨和土釘?shù)脑O(shè)計(jì)

2、(5)排水和不排水加載條件下全飽和流體流動(dòng)和孔隙壓力擴(kuò)散研究：擋土墻結(jié)構(gòu)的地下水流動(dòng)，和土體固結(jié)研究(6)粘性材料的蠕變特性：用于碳酸鉀鹽礦設(shè)計(jì)(7)陡滑面地質(zhì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)加載：用于地震工程和礦山巖爆研究(8)爆炸荷載和振動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)：用于隧道開(kāi)挖和采礦活動(dòng)(9)結(jié)構(gòu)的地震感應(yīng)：用于土壩設(shè)計(jì)(10)由于溫度誘發(fā)荷載所導(dǎo)致的變形和結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定(11)大變形材料分析：用于研究糧倉(cāng)谷物流動(dòng)和放礦的礦石流動(dòng)10種材料本構(gòu)模型文案標(biāo)準(zhǔn)Flac3D中為巖土工程問(wèn)題的求解開(kāi)發(fā)了特有的本構(gòu)模型，總共包含了 10種材料 模型：開(kāi)挖模型null3個(gè)彈性模型(各向同性，橫觀各向同性和正交各向同性彈性模型)6個(gè)塑性模型

3、(Drucker-Prager 模型、Morh-Coulomb 模型、應(yīng)變硬化/軟 化模型、遍布節(jié)理模型、雙線性應(yīng)變硬化/軟化遍布節(jié)理模型和修正的cam粘土 模型).Flac3D網(wǎng)格中的每個(gè)區(qū)域可以給以不同的材料模型，并且還允許指定材料參數(shù) 的統(tǒng)計(jì)分布和變化梯度.還包含了節(jié)理單元，也稱為界面單元，能夠模擬兩種或 多種材料界面不同材料性質(zhì)的間斷特性.節(jié)理允許發(fā)生滑動(dòng)或分離，因此可以用 來(lái)模擬巖體中的斷層、節(jié)理或摩擦邊界.FLAC3D中的網(wǎng)格生成器gen,通過(guò)匹配、連接由網(wǎng)格生成器生成局部網(wǎng)格，能 夠方便地生成所需要的三維結(jié)構(gòu)網(wǎng)格.還可以自動(dòng)產(chǎn)生交岔結(jié)構(gòu)網(wǎng)格(比如說(shuō)相 交的巷道),三維網(wǎng)格由整體坐

4、標(biāo)系x, y, z系統(tǒng)所確定，這就提供了比較靈活的產(chǎn) 生和定義三維空間參數(shù).五種計(jì)算模式(l)靜力模式：這是FLAC-3D默認(rèn)模式，通過(guò)動(dòng)態(tài)松弛方法得靜態(tài)解.(2)動(dòng)力模式:用戶可以直接輸人加速度、速度或應(yīng)力波作為系統(tǒng)的邊界條件或初 始條件，邊界可以固定邊界和自由邊界.動(dòng)力計(jì)算可以與滲流問(wèn)題相藕合.(3)蠕變模式:有五種蠕變本構(gòu)模型可供選擇以模擬材料的應(yīng)力-應(yīng)變-時(shí)間關(guān)系:Maxwell模型、雙指數(shù)模型、參考蠕變模型、粘塑性模型、脆鹽模型.文案標(biāo)準(zhǔn)(4)滲流模式:可以模擬地下水流、孔隙壓力耗散以及可變形孔隙介質(zhì)與其間的粘 性流體的耦合.滲流服從各向同性達(dá)西定律，流體和孔隙介質(zhì)均被看作可變形體

5、考慮非穩(wěn)定流，將穩(wěn)定流看作是非穩(wěn)定流的特例.邊界條件可以是固定孔隙壓力 或恒定流，可以模擬水源或深井.滲流計(jì)算可以與靜力、動(dòng)力或溫度計(jì)算耦合， 也可以單獨(dú)計(jì)算.(5)溫度模式:可以模擬材料中的瞬態(tài)熱傳導(dǎo)以及溫度應(yīng)力.溫度計(jì)算可以與靜 力、動(dòng)力或滲流計(jì)算藕合，也可單獨(dú)計(jì)算.模擬多種結(jié)構(gòu)形式(l)對(duì)于通常的巖體、土體或其他材料實(shí)體，用八節(jié)點(diǎn)六面體單元模擬.(2) FIAC-3D包含有四種結(jié)構(gòu)單元：梁?jiǎn)卧㈠^單元、樁單元、殼單元.可用來(lái)模 擬巖土工程中的人工結(jié)構(gòu)如支護(hù)、襯砌、錨索、巖栓、土工織物、摩擦樁、板樁等.(3) FLAC-3D的網(wǎng)格中可以有界面，這種界面將計(jì)算網(wǎng)格分割為若干部分，界面 兩邊的

6、網(wǎng)格可以分離，也可以發(fā)生滑動(dòng)，因此，界面可以模擬節(jié)理、斷層或虛擬 的物理邊界.有多種邊界條件邊界方位可以任意變化，邊界條件可以是速度邊界、應(yīng)力邊界，單元部可以給定 初始應(yīng)力，節(jié)點(diǎn)可以給定初始位移、速度等，還可以給定地下水位以計(jì)算有效應(yīng) 力、所有給定量都可以具有空間梯度分布.FLAC-3D 嵌語(yǔ)言 FISH文案標(biāo)準(zhǔn)FLAC-3D具有強(qiáng)大嵌語(yǔ)言FISH,使得用戶可以定義新的變量或函數(shù),以適應(yīng)用 戶的特殊需要,例如，利用HSH做以下事情：(l)用戶可以自定義材料的空間分布規(guī)律，如非線性分布等.(2)用戶可以定義變量，追蹤其變化規(guī)律并繪圖表示或打印輸出.(3)用戶可以自己設(shè)計(jì)FLAC-3D部沒(méi)有的單元

7、形態(tài).(4)在數(shù)值試驗(yàn)中可以進(jìn)行伺服控制.(5)用戶可以指定特殊的邊界條件.(6)自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)分析(7)利用FLAC-3D部定義的Fish變量或函數(shù)，用戶可以獲得計(jì)算過(guò)程中節(jié)點(diǎn)、 單元參數(shù)，如坐標(biāo)、位移、速度、材料參數(shù)、應(yīng)力、應(yīng)變、不平衡力等.FLAC-3D前后處理功能FLAC-3D具有強(qiáng)大的自動(dòng)三維網(wǎng)格生成器，部定義了多種單元形態(tài)，用戶還可 以利用FISH自定義單元形態(tài)，通過(guò)組合基本單元，可以生成非常復(fù)雜的三維網(wǎng) 格，比如交叉隧洞等.在計(jì)算過(guò)程中的任何時(shí)刻用戶都可以用高分辨率的彩色或灰度圖或數(shù)據(jù)文件輸 出結(jié)果，以對(duì)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，圖形可以表示網(wǎng)格、結(jié)構(gòu)以及有關(guān)變量的等值 線圖、矢量圖、曲線

8、圖等，可以給出計(jì)算域的任意截面上的變量圖或等直線圖，計(jì) 算域可以旋轉(zhuǎn)以從不同的角度觀測(cè)計(jì)算結(jié)果.FLAC3D計(jì)算分析一般步驟文案標(biāo)準(zhǔn)與大多數(shù)程序采用數(shù)據(jù)輸入方式不同，F(xiàn)LAC采用的是命令驅(qū)動(dòng)方式.命令字控 制著程序的運(yùn)行.在必要時(shí)，尤其是繪圖,還可以啟動(dòng)FLAc用戶交互式圖形界面.為了建立FLAC計(jì)算 模型，必須進(jìn)行以下三個(gè)方面的工作：(1)有限差分網(wǎng)格(2)本構(gòu)特性與材料性質(zhì)(3)邊界條件與初始條件完成上述工作后，可以獲得模型的初始平衡狀態(tài)，也就是模擬開(kāi)挖前的原巖應(yīng)力狀態(tài).然后，進(jìn)行工程開(kāi)挖或改變邊界條彳來(lái)進(jìn)行工程的響應(yīng)分析，類似于FLAC的顯式有限差分程序的問(wèn)題求解.與傳統(tǒng)的隱式求解程序不

9、同，F(xiàn)LAC采用 一種顯式的時(shí)間步來(lái)求解代數(shù)方程.進(jìn)行一系列計(jì)算步后達(dá)到問(wèn)題的解.在FLAC中，達(dá)到問(wèn)題所需的計(jì)算步能夠通過(guò)程序或用戶加以控制，但是，用戶必須確定計(jì)算步是否已經(jīng)達(dá)到問(wèn)題的最終的解.后處理(一)用tecplot繪制曲線(1)第一主應(yīng)力(2) xdisp、ydisp、zdisp、disp(二)用excel做曲線隧道(1)做地表沉降槽(zdisp)地表橫向位移(xdisp)文案標(biāo)準(zhǔn)(3)隧道中線豎向沉降曲線(zdisp)(4)提取位移矢量圖,(5)顯示初期支護(hù)結(jié)構(gòu)力(6)顯示state(找塑性區(qū))基坑(1)做地表沉降槽(zdisp)(2)提取位移矢量圖，(3)顯示初期支護(hù)結(jié)構(gòu)力(4)

10、顯示state(找塑性區(qū))邊坡(1)做安全系數(shù)和應(yīng)變圖模型最優(yōu)化用FLAC3D解決問(wèn)題時(shí)，為了得到最有效的分析使模型最優(yōu)化是很重要的.(1)檢查模型運(yùn)行時(shí)間：一個(gè)FLAC3D例子的運(yùn)行時(shí)間是區(qū)域數(shù)的4/3倍.這個(gè)規(guī)則適用于平衡條件下的 彈性問(wèn)題.對(duì)于塑性問(wèn)題，運(yùn)行時(shí)間會(huì)有點(diǎn)改變，但是不會(huì)很大，但是如果發(fā)生 塑性流動(dòng)，這個(gè)時(shí)間將會(huì)大的多.對(duì)一個(gè)具體模型檢查自己機(jī)子的計(jì)算速度很重 要.一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就是運(yùn)行基準(zhǔn)測(cè)試.然后基于區(qū)域數(shù)的改變，用這個(gè)速度評(píng) 估具體模型的計(jì)算速度.(2)影響運(yùn)行時(shí)間的因素：FLAC3D有時(shí)會(huì)需要較長(zhǎng)時(shí)間才可以收斂主要發(fā)生在下列情況下：文案標(biāo)準(zhǔn)（a）材料本身剛度變異或材料與

11、結(jié)構(gòu)及接觸面之間的剛度差異很大.（b）劃分的區(qū)域尺寸相差很大.這些尺寸差異越大編碼就越無(wú)效.在做詳細(xì)分析 前應(yīng)該研究剛度差異的影響.例如，一個(gè)荷載作用下的剛性板，可以用一系列頂 點(diǎn)固定的網(wǎng)格代替，并施以等速度.（記住FIX命令確定速度，而不是位移.）地下 水的出現(xiàn)將使體積模量發(fā)生明顯的增加（流體-固體相互作用）.（3）考慮網(wǎng)格劃分的密度：FLAC3D使用常應(yīng)變單元.如果應(yīng)力/應(yīng)變曲線傾斜度比較高，那么你將需要許 多區(qū)域來(lái)代表多變的分區(qū).通過(guò)運(yùn)行劃分密度不同的同一個(gè)問(wèn)題來(lái)檢查影響. FLAC3D應(yīng)用常應(yīng)變區(qū)域，因?yàn)楫?dāng)用多的少節(jié)點(diǎn)單元與用比較少的多節(jié)點(diǎn)單元 模擬塑性流動(dòng)時(shí)相比更準(zhǔn)確.應(yīng)盡可能保持網(wǎng)

12、格，尤其是重要區(qū)域網(wǎng)格的統(tǒng)一.避免長(zhǎng)細(xì)比大于5:1的細(xì)長(zhǎng)單 元，并避免單元尺寸跳躍式變化（即應(yīng)使用平滑的網(wǎng)格）.應(yīng)用GENERATE命令中 的比率關(guān)鍵詞，使細(xì)劃分區(qū)域平滑過(guò)渡到粗劃分區(qū)域.（4）自動(dòng)發(fā)現(xiàn)平衡狀態(tài)：默認(rèn)情況下，當(dāng)執(zhí)行SOLVE命令時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)現(xiàn)力的平衡.當(dāng)模型中所有 網(wǎng)格頂點(diǎn)中所有力的平均量級(jí)與其中最大的不平衡力的量級(jí)的比率小于1*10時(shí),認(rèn)為達(dá)到了平衡狀態(tài).注意一個(gè)網(wǎng)格頂點(diǎn)的力由力（例如，由于重力）和外力（例如, 由于所加的應(yīng)力邊界條件）共同引起.因?yàn)楸嚷适菦](méi)有尺寸的，所以對(duì)于有不同 的單元體系的模型，在大多數(shù)情況下，不平衡力和所加力比率的限制給靜力平衡 提供了一個(gè)精確的限

13、制.同時(shí)還提供了其他的比率限制；可以用SET ratio命令施加.如果默認(rèn)的比率限 制不能為靜力平衡提供一個(gè)足夠精確的限制，那么應(yīng)考慮可供選擇的比率限制.文案標(biāo)準(zhǔn)默認(rèn)的比率限制同樣可用于熱分析和流體分析的穩(wěn)定狀態(tài)求解 .對(duì)于熱分析，是 對(duì)不平衡熱流量和所加的熱流量量級(jí)進(jìn)行評(píng)估 ，而不是力.對(duì)于流體分析，對(duì)不 平衡流度和所加流度量級(jí)進(jìn)行評(píng)估.(5)考慮選擇阻尼:對(duì)于靜力分析，默認(rèn)的阻尼是局部阻尼,對(duì)于消除大多數(shù)網(wǎng)格頂點(diǎn)的速度分量周 期性為零時(shí)的動(dòng)能很有效.這是因?yàn)橘|(zhì)量的調(diào)節(jié)過(guò)程依賴于速度的改變.局部阻 尼對(duì)于求解靜力平衡是一個(gè)非常有效的計(jì)算法則且不會(huì)引入錯(cuò)誤的阻尼力(見(jiàn)Cundall 1987)

14、.如果在求解最后狀態(tài)，重要區(qū)域的網(wǎng)格海域的速度分量不為零，那么說(shuō)明默認(rèn)的 阻尼對(duì)于達(dá)到平衡狀態(tài)是不夠的.有另外一種形式的阻尼,叫組合阻尼,相比局 部阻尼可以使穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到更好的收斂，這時(shí)網(wǎng)格將發(fā)生明顯的剛性移動(dòng).例如, 求解軸向荷載作用下樁的承載力或模擬蠕變時(shí)都可能發(fā)生.使用SETmechanical damp combined 命令來(lái)調(diào)用組合阻尼.組合阻尼對(duì)于減小動(dòng) 能方面不如局部阻尼有效，所以應(yīng)注意使系統(tǒng)白動(dòng)力激發(fā)最小化.可以用SET mechanical damp local 命令轉(zhuǎn)換到默認(rèn)阻尼.(6)檢查模型反應(yīng)：FLAC3D顯示了一個(gè)相試的物理系統(tǒng)是怎樣變化的.做一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)證明你

15、 在做你認(rèn)為你在做的事情.例如，如果荷載和實(shí)體在幾何尺寸上都是對(duì)稱的，當(dāng) 然反應(yīng)也是對(duì)稱的.改變了模型以后，執(zhí)行幾個(gè)時(shí)步(假如，5或10步)，證明初始 反應(yīng)是正確的，并且發(fā)生的位置是正確的.對(duì)應(yīng)力或位移的期望值做一個(gè)估計(jì)， 與FLAC3D的輸出結(jié)果作比較.如果你對(duì)模型施加了一個(gè)猛烈的沖擊，你將會(huì)得到猛烈的反應(yīng).如果你對(duì)模型作文案標(biāo)準(zhǔn)了一些看起來(lái)不合理的事情，你一定要等待奇怪的結(jié)果.如果在分析的一個(gè)給定 階段，得到了意外值,那么回顧到這個(gè)階段所用的時(shí)步.在進(jìn)行模擬前很關(guān)鍵的是檢查輸出結(jié)果.例如，除了一個(gè)角點(diǎn)速度很大外，一切 都很合理，那么在你理解原因前不要繼續(xù)下去.這種情況下，你可能沒(méi)有給定適

16、當(dāng)?shù)木W(wǎng)格邊界.(7)初始化變量：在模擬基坑開(kāi)挖過(guò)程時(shí)，在達(dá)到目的前通常要初始化網(wǎng)格頂點(diǎn)位移.因?yàn)橛?jì)算次 序法則不要求位移，所以可以初始化位移，這只是由網(wǎng)格頂點(diǎn)的速度決定，并有 益于用戶初始化速度卻是一件難事.如果設(shè)定網(wǎng)格頂點(diǎn)的速度為一常數(shù)，那么這 些點(diǎn)在設(shè)置否則前保持不變.所以，不要為了清除這些網(wǎng)格的速度而簡(jiǎn)單的初始 化它們?yōu)榱?這將影響模擬結(jié)果.然而，有時(shí)設(shè)定速度為零是有用的(例如，消 除所有的動(dòng)能).(8)最小化靜力分析的瞬時(shí)效應(yīng)：對(duì)于連續(xù)性靜力分析，經(jīng)過(guò)許多階段逐步接近結(jié)果是很重要的.即，當(dāng)問(wèn)題條 件突然改變時(shí)，通過(guò)最小化瞬時(shí)波的影響，使結(jié)果更加“靜力”.使FLAC3D解 決辦法更加靜態(tài)

17、的方法有兩種.(a)當(dāng)突然發(fā)生一個(gè)變化時(shí)(例如，通過(guò)使區(qū)域值為零模擬開(kāi)挖),設(shè)定強(qiáng)度性能 為很高的值以得到靜力平衡.然后為了確保不平衡力很低，設(shè)定性能為真實(shí)值, 再計(jì)算，這樣，由瞬時(shí)現(xiàn)象引起的失敗就不會(huì)發(fā)生了 .(b)當(dāng)移動(dòng)材料時(shí)，用FISH函數(shù)或表格記錄來(lái)逐步減少荷載.(9)改變模型材料：FLAC3D對(duì)一個(gè)模擬中所用的材料數(shù)沒(méi)有限制.這個(gè)準(zhǔn)則已經(jīng)尺寸化，允許用文案標(biāo)準(zhǔn)戶在自己所用版本的FLAC3D中最大尺寸網(wǎng)格的每個(gè)區(qū)域（假如設(shè)定的）使用不 同的材料.（10）運(yùn)行在現(xiàn)場(chǎng)原位應(yīng)力和重力作用下的問(wèn)題：有很多問(wèn)題在建模時(shí)需要考慮現(xiàn)場(chǎng)原位應(yīng)力和重力的作用.這種問(wèn)題的一個(gè)例子是深層礦業(yè)開(kāi)挖：回填.此時(shí)

18、大多數(shù)巖石受很高的原位應(yīng)力區(qū)的影響（即，自重 應(yīng)力由于網(wǎng)孔尺寸的限制可以忽略不計(jì)），但是回填樁的放置使自重應(yīng)力發(fā)展導(dǎo) 致巖石在荷載作用下可能坍塌.在這些模擬中要注意的重點(diǎn)（因?yàn)槿魏我环N模擬 都有重力的作用）是網(wǎng)格的至少三個(gè)點(diǎn)在空間上應(yīng)固定.否則，整個(gè)網(wǎng)格在重 力作用下將轉(zhuǎn)動(dòng).如果你曾經(jīng)注意到整個(gè)網(wǎng)格在重力加速度矢量方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，那么你可能忘記在空間上固定網(wǎng)格了 .FLAC3D主要適明模擬計(jì)算地質(zhì)材料和巖土上程的力學(xué)行為。特別是材料達(dá)到屈 服極限后產(chǎn)生的塑性流動(dòng)、材料通過(guò)單元和區(qū)域表示，根據(jù)計(jì)算對(duì)象的形狀構(gòu)成 相應(yīng)的網(wǎng)格。每個(gè)單元在外載和邊界約束條件下，按照約定的線性或非線性應(yīng)力 一應(yīng)變關(guān)系產(chǎn)生

19、力學(xué)響應(yīng)。由于 FLAC3D程序主要是為巖上工程應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的 巖石力學(xué)計(jì)算程序，程序中包括了反映地質(zhì)材料力學(xué)效應(yīng)的特殊計(jì)算功能，可計(jì)算地質(zhì)類材料的高度非線性（包括應(yīng)變硬化/軟化）、不可逆剪切破壞和壓密、粘彈 （蠕變）、孔隙介質(zhì)的應(yīng)力滲流耦合、熱力耦合以及動(dòng)力學(xué)行為等；FLAC3D程序設(shè)有多種本構(gòu)模型： 各向同性彈性材料模型； 橫觀各向同性彈性材料模型； 莫爾一庫(kù)侖彈塑材料模型； （4）應(yīng)變軟化/硬化塑性材科模型；文案標(biāo)準(zhǔn)(5)雙屈服塑性材料模型；(6)遍布節(jié)理材料模型；(7)空單元模型，可用來(lái)模擬地下碉室的開(kāi)挖和煤層開(kāi)采；另外，程序設(shè)有界面單元，可以模擬斷層、節(jié)理和摩擦邊界的滑動(dòng)、開(kāi)和閉合行

20、為。支護(hù)結(jié)構(gòu)如砌襯、錨桿、可縮性支架或板殼等與圍巖的相互作用也可以在 FLAC3D中進(jìn)行模擬。同時(shí)、用戶可根據(jù)需要在 FLAC3D中創(chuàng)建自己的本構(gòu)模 型，進(jìn)行各種特殊修正和補(bǔ)充。FLAC3D程序建立在拉格朗日算法基礎(chǔ)上，特別適合模擬大變形和扭曲。FLAC3D采用顯式算法來(lái)獲得模型全部運(yùn)動(dòng)方程 (包括變量)的時(shí)間步長(zhǎng)解，從 而可以追蹤材料的漸進(jìn)破壞和垮落， 這對(duì)研究采礦設(shè)計(jì)是非常重要的。 此外，程 序允許輸入多種材料類型，亦可在計(jì)算過(guò)程中改變某個(gè)局部的材料參數(shù)，增強(qiáng)了程序使甲的靈活性。極大地方便了在計(jì)算上的處理。FLAC3D程序具有強(qiáng)大的后 處理功能，用戶可以直接在屏幕上繪制或以文件形式創(chuàng)建和輸

21、出打印多種形式的 圖形。用戶還可根據(jù)需要，將若干個(gè)變量合并在同一幅圖形中進(jìn)行研究分析?；谏鲜鲇?jì)算功能與特點(diǎn)。本研究應(yīng)用 FLAC3D程序計(jì)算分析付村煤礦209工作 面山上開(kāi)采對(duì)山下回采巷道圍巖變形的影響。FLAC ( Fast Lagrangian Analysis of Continua )是一個(gè)利用顯式有限差分方法 求解的巖土、采礦工程師進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的二維連續(xù)介質(zhì)程序， 主要用來(lái)模擬土、 巖、或其他材料的非線性力學(xué)行為，可以解決眾多有限元程序難以模擬的復(fù)雜的 工程問(wèn)題，例如大變形、大應(yīng)變、非線性及非穩(wěn)定系統(tǒng)(甚至大面積屈服/失穩(wěn)或完全塌方)等問(wèn)題。文案標(biāo)準(zhǔn)FLAC的基本功能和特征為：?

22、允許介質(zhì)出現(xiàn)大應(yīng)變和大變形；? Interface單元可以模擬連續(xù)介質(zhì)中的界面，并允許界面發(fā)生滑動(dòng)和開(kāi)裂；?顯式計(jì)算方法，能夠?yàn)榉欠€(wěn)定物理過(guò)程提供穩(wěn)定解， 直觀反映巖土體工程 中的破壞；?地下水流動(dòng)與力學(xué)計(jì)算完全耦合（包括負(fù)孔隙水壓，非飽和流及相界面計(jì) 算）；?采用結(jié)構(gòu)加固單元模擬加固措施，例如襯砌、錨桿、樁基等；?材料模型庫(kù)（例如：彈性模型、莫爾庫(kù)侖塑性模型、任意各向異性模型、 雙屈服模型、粘性及應(yīng)變軟化模型）；?預(yù)定義材料性質(zhì)，用戶也可增加用戶自己的材料性質(zhì)設(shè)定并儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù) 中；? 一系列可選擇模塊，包括：熱力學(xué)模塊、流變模塊、動(dòng)力學(xué)模塊、二相流 模塊等，用戶還可用C+建立自己的模型；?

23、邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算滿足邊坡設(shè)計(jì)的要求；?用戶可用部語(yǔ)言（FISH）增加自己定義的各種特性（如：新的本構(gòu)模型， 新變量或新命令）；FLAC軟件的優(yōu)勢(shì)：?連續(xù)體大應(yīng)變模擬文案標(biāo)準(zhǔn)?界面單元用已代表不連續(xù)接觸界面可能出現(xiàn)的完全不連續(xù)性質(zhì)的開(kāi)和滑動(dòng)，因此可以模擬斷層、節(jié)理和摩擦邊界等?顯式求解模式可以獲得不穩(wěn)定物理過(guò)程的穩(wěn)定解?材料模型：o ”空（null ） ” 模型；o三種彈性模型（各向同性、橫觀各向異性、和正交各向異性）；o 七種非線性模型（Drucker-Prager、Mohr-Coulomb 、應(yīng)變硬 化及應(yīng)變軟化、 節(jié)理化、雙線性應(yīng)變硬化/軟化節(jié)理化、雙屈服、 修正的Cam-clay模型）?

24、任何參數(shù)指標(biāo)的連續(xù)變化或統(tǒng)計(jì)分布的模擬?外接口編程語(yǔ)言 （FISH）允許用戶添加用戶自定義功能?方便的邊界定義和初始條件定義方式?可定義水位線/面進(jìn)行有效應(yīng)力計(jì)算?地下水滲流計(jì)算以及完全的應(yīng)力場(chǎng)滲流場(chǎng)偶合計(jì)算（含負(fù)孔隙壓力、非飽和流、井）?結(jié)構(gòu)單元如隧道襯砌、樁、殼、梁錨桿、錨索、土工織物及其組合，可以 模擬不同的加固手段及其與圍巖（土體）的相互作用?自選模塊包括：o熱和熱力學(xué)分析模塊；o流變計(jì)算模塊；o動(dòng)力分析模塊實(shí)現(xiàn)真時(shí)間歷程的瞬時(shí)動(dòng)力響應(yīng)模擬；o用C+編寫的用戶自定義本構(gòu)模塊文案標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)挖直立坡的噴射混凝土墻加土釘加固的模擬加（下）和不加（上）土工織物土坡的潛在破壞特征抗?jié)撛街ёo(hù)螞頭的土文

25、案FLAC3D （Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis ofContinua ）是美國(guó) Itasca Consulting Goup lnc開(kāi)發(fā)的三維快速拉格朗日分析程序，是二維的有限差分程序FLAC2D的擴(kuò)展，能夠進(jìn)行土質(zhì)、巖石和其它材料的三維結(jié)構(gòu)受力特性模擬和塑性流動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)分析。該程序能較好地模擬地質(zhì)材料在達(dá)到強(qiáng)度極限或屈服極限時(shí) 發(fā)生的破壞或塑性流動(dòng)的力學(xué)行為，特別適用于分析漸進(jìn)破壞和失 穩(wěn)以及模擬大變形。FLAC3D調(diào)整三維網(wǎng)格中的多面體單元來(lái)擬合 實(shí)際的結(jié)構(gòu)。單元材料可采用線性或非線性本構(gòu)模型，在外力作用 下，當(dāng)材料發(fā)生屈服流動(dòng)后，網(wǎng)格能

26、夠相應(yīng)發(fā)生變形和移動(dòng)（大變 形模式）。FLAC3D采用的顯式拉格朗日算法和混合-離散分區(qū)技 術(shù)，能夠非常準(zhǔn)確的模擬材料的塑性破壞和流動(dòng)。由于無(wú)須形成剛 度矩陣，因此，基于較小存空間就能夠求解大圍的三維問(wèn)題。FLAC3D采用ANSI C+語(yǔ)言編寫的。它包含10種彈塑性材料本 構(gòu)模型，有靜力、動(dòng)力、蠕變、滲流、溫度五種計(jì)算模式，各種模 式間可以互相藕合，可以模擬多種結(jié)構(gòu)形式，如巖體、土體或其他 材料實(shí)體，梁、錨元、樁、殼以及人工結(jié)構(gòu)如支護(hù)、襯砌、錨索、 巖栓、土工織物、摩擦樁、板樁、界面單元等，可以模擬復(fù)雜的巖 土工程或力學(xué)問(wèn)題。FLAC3D的優(yōu)點(diǎn)：1 .對(duì)模擬塑性破壞和塑性流動(dòng)采用的是“混合離散

27、法”。這種 方法比有限元法常采用的”離散集成法”更為準(zhǔn)確、合理。2 .即使模擬的系統(tǒng)是靜態(tài)的，仍采用了動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)方程，這使得 FLAC3D在模擬物理上的不穩(wěn)定過(guò)程不存在數(shù)值上的障礙。3 .采用了一個(gè)“顯式解”方案。因此，顯式解方案對(duì)非線性的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的求解所花費(fèi)的時(shí)間，幾互與線性本構(gòu)關(guān)系文案標(biāo)準(zhǔn)相同，而隱式求解方案將會(huì)花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間求解非線性問(wèn)題。面且，它沒(méi)有必要存儲(chǔ)剛度矩陣，這就意味著， 采用 中等容量的存可以求解多單元結(jié)構(gòu)； 模擬大變形問(wèn)題幾乎 并不比小變形問(wèn)題多消耗更多的計(jì)算時(shí)間， 因?yàn)闆](méi)有任何剛 度矩陣要被修改。固fl向3D z.io-ioa Alpha 151 - View soi

28、lpileFile Edit Settings Motitenis Window_ Ifi1! X槽形開(kāi)挖FLAC3D的功能和特征:1、包含10材料本構(gòu)模型Flac3D中為巖土工程問(wèn)題的求解開(kāi)發(fā)了特有的本構(gòu)模型，總共包含了 10種材料模型：? 開(kāi)挖模型null ;文案標(biāo)準(zhǔn)? 3個(gè)彈性模型（各向同性，橫觀各向同性和正交各向同性彈 性模型）? 6 個(gè)塑性模型（Drucker-Prager 模型、Morh-Coulomb 模型、應(yīng)變硬化/軟化模型、遍布節(jié)理模型、雙線性應(yīng)變硬 化/軟化遍布節(jié)理模型和修正的cam粘土模型）。Flac3D網(wǎng)格中的每個(gè)區(qū)域可以給以不同的材料模型，并且還允許 指定材料參數(shù)的統(tǒng)

29、計(jì)分布和變化梯度。還包含了節(jié)理單元，也稱為界面單元，能夠模擬兩種或多種材料界面不同材料性質(zhì)的間斷特 性。節(jié)理允許發(fā)生滑動(dòng)或分離，因此可以用來(lái)模擬巖體中的斷層、 節(jié)理或摩擦邊界。2、有五種計(jì)算模式?靜力模式。這是FLAC-3D默認(rèn)模式，通過(guò)動(dòng)態(tài)松弛方法得 到靜態(tài)解。?動(dòng)力模式。用戶可以直接輸人加速度、速度或應(yīng)力波作為系 統(tǒng)的邊界條件或初始條件，邊界可以固定邊界和自由邊界。 動(dòng)力計(jì)算可以與滲流問(wèn)題相耦合。?蠕變模式。有五種蠕變本構(gòu)模型可供選擇以模擬材料的應(yīng)力 -應(yīng)變-時(shí)間關(guān)系：Maxwell模型、雙指數(shù)模型、參考蠕變模 型、粘塑性模型、脆延模型。?滲流模式。可以模擬地下水流、孔隙水壓力耗散以及可變形孔隙介質(zhì)與其間的粘性流體的耦合。滲流服從各向同性達(dá)西文案標(biāo)準(zhǔn)定律，流體和孔隙介質(zhì)均被看作可變形體?？紤]非穩(wěn)定流，將穩(wěn)定流看作是非穩(wěn)定流的特例。邊界條件可以是固定孔隙 壓力或恒定流，可以模擬水源或深井。滲流計(jì)算可以與靜力、 動(dòng)力或溫度計(jì)算耦合，也可以單獨(dú)計(jì)算。?溫度模式?？梢阅M材料中的瞬態(tài)熱傳導(dǎo)以及溫度應(yīng)力。溫度計(jì)算可以與靜力、動(dòng)力或滲流計(jì)算耦合，也可單獨(dú)計(jì)算。3、可以模擬多種結(jié)構(gòu)形式?對(duì)于通常的巖體