流固耦合手冊現(xiàn)場翻譯

1流體－固體耦合與單相滲流1.1介紹FLAC3D模擬了流體流過可滲透的介質(zhì)，例如土體。滲流模型可以獨立于通常FLAC3D的固體力學(xué)計算，而只考慮滲透；或者為了描述流體和固體的耦合特性，與固體模型并行計算。例如，固結(jié)是一類流固耦合的現(xiàn)象，在固結(jié)過程中孔隙壓力逐漸消散，從而導(dǎo)致了土體的位移。這種行為包含了兩種力學(xué)效應(yīng)。其一，孔隙水壓力的改變導(dǎo)致了有效應(yīng)力的改變，有效應(yīng)力的改變影響了固體的力學(xué)性能，例如有效應(yīng)力的降低可能引發(fā)塑性屈服；其二，土體中的流體對孔隙體積的變化產(chǎn)生反作用，表現(xiàn)為孔隙水壓力的變化。本程序可以不僅可以解決完全飽和土體中的滲流，也可以分析有浸潤線定義的飽和與非飽和區(qū)的滲流計算。該條件下，浸軟面以上的土體的孔隙水壓力為零，氣體是被動的（氣體的壓力考慮成負(fù)的）。這種方法用于顆粒比較粗的毛細(xì)現(xiàn)象可以忽略土體。滲流分析中有如下的特征：對應(yīng)于滲流各向同性和各向異性滲透性采用兩種不同的流體傳輸定律。滲流區(qū)域中的不可滲透的區(qū)域用流體的null材料定義。不同的zone可以賦予不同的滲流模型（isotropic,anisotropic）和屬i性。流體壓力，涌入量，滲漏量和不可滲透邊界都可以定義。土體中可以加入抽水井，考慮成點源或者體積源。計算完全飽和土體中的滲流問題，可以采用顯式差分法或者隱式差分法；而非飽和滲流問題只能采用顯式差分法。滲流模型可以和固體力學(xué)模型和傳熱模型一起使用。在耦合問題中，可以考慮飽和材料的壓縮和熱膨脹。流體和固體的耦合程度依賴于土體顆粒（骨架）的壓縮程度，用Biot系數(shù)表示顆粒的可壓縮程度。（即用biot系數(shù)確定顆粒變形，來模擬力學(xué)與流體的耦合）用線性熱膨脹系數(shù)和非排干導(dǎo)熱系數(shù)來考慮熱耦合計算。對于熱-流體-流動計算是基于線性理論，假設(shè)材料屬性為常數(shù)，不考慮對流。流體和固體溫度局部平衡。如果要模擬非線性行為，需要制定孔隙壓力和用fish函數(shù)確定材料屬性。由于循環(huán)荷載引起的動水壓力和液化問題也可以用FLAC3D模擬。FLAC3D不考慮毛細(xì)現(xiàn)象，土體顆粒間的電、化學(xué)作用力。然而，可以根據(jù)土體的局部飽和度，孔隙率，或者其他的變量，通過編寫一段FISH語言來考慮這種力。類似的，由于液體中溶解了空氣而引起的液體剛度變化，也不能顯式的模擬，而通過FISH將液體剛度表示為壓力，時間和其他變量的函數(shù)。這以章節(jié)可以分為七個主要部分：數(shù)學(xué)模型描述（章節(jié)1.2）和相應(yīng)的數(shù)值方法（章節(jié)1.3）（單相滲流和流固耦合計算）。計算模式和滲流分析相關(guān)的命令。（章節(jié)1.4）滲流分析所需要的材料屬性的單位。（章節(jié)1.5）不同邊界條件，初始條件，和流體的源和匯的的描述。（章節(jié)1.6）求解單相滲流問題和流固耦合問題的推薦方法。（章節(jié)1.7）建議先練習(xí)這里的例子再做自己的流體分析。（章節(jié)1.8）提供了幾個驗證算例，演示了用falc3d的流體計算方法的準(zhǔn)確性。（章節(jié)1.9）總結(jié)了與流體計算的相關(guān)命令。用戶在嘗試解決流固耦合問題之間，強烈建議先熟悉一下FLAC3D求解固體力學(xué)問題的步驟。流固耦合的力學(xué)行為通常非常復(fù)雜，需要用戶對計算結(jié)果是否真確需要遠(yuǎn)見和判斷。在開始計算一個大的項目支前，有必要在一個網(wǎng)格比較少的例子上作試驗，嘗試不同的邊界條件和建模策略?！袄速M”在試驗上的時間，必定可以通過計算時間來彌補回來。1.2FLAC3流體一熱-力學(xué)方程描述大多數(shù)工程分析（包括變形和擴散同時發(fā)生機理），通過非耦合的技術(shù)來模擬（章節(jié)1.7）。FLAC3D除了提供這些非耦合的計算模式，也提供流體-熱-力學(xué)耦合計算的選項。在該方法中，多孔介質(zhì)的力學(xué)響應(yīng)通過瞬態(tài)流和熱的條件來研究。雖然本章節(jié)主要考慮變形－流體擴散的問題，流體－熱－固體力學(xué)耦合作用的方程完整的列出。FLAC3D中力學(xué)變形一流體消散的描述在準(zhǔn)靜態(tài)Biot理論的框架下完成，而且可以應(yīng)用到多孔介質(zhì)中遵循Darcy定律的單相滲流的問題。不同類型的流體，包括氣體和水，可以用這個模型表述。描述多孔介質(zhì)中流體滲流的變量是孔隙水壓力，飽和度和特定排水向量的三個分量。相關(guān)的變量遵循流體的質(zhì)量守恒定律，達(dá)西定律，和流體響應(yīng)孔隙水壓力改變，飽和度改變，體積應(yīng)變改變和溫度改變的本構(gòu)方程，和與在非飽和區(qū)域與孔隙壓力和飽和度相關(guān)的狀態(tài)方程。力學(xué)本構(gòu)定律中考慮了孔隙壓力和溫度的影響，以實現(xiàn)熱-流體流動-力學(xué)耦合。假設(shè)體積應(yīng)變和溫度應(yīng)變率，在流體本構(gòu)關(guān)系中使用達(dá)西定律，根據(jù)孔隙壓力和飽和度服從不同方程以解決特定的幾何、屬性、邊界和初始條件的問題，取代了質(zhì)量平衡方程。1.3數(shù)值方程流體連續(xù)性方程在FLAC3I的數(shù)值方法中，滲流區(qū)域離散為由8節(jié)點定義的磚塊狀的zone。孔隙壓力和飽和度設(shè)定為節(jié)點變量（如果有力學(xué)和熱的計算，也采用相同的離散方法）。從內(nèi)部看，每個zone可以劃分為5個四面體，四面體中的孔隙水壓力和飽和度假定為線性變化。數(shù)值方法基于流體連續(xù)性方程的節(jié)點有限差分方程。該方程可以與推導(dǎo)牛頓定律節(jié)點形式的力學(xué)常應(yīng)力方程類比。1.4流固耦合的計算模式孔隙水壓力分析所需的計算模式和命令依靠于節(jié)點是否設(shè)置了滲流分析。1.4.1節(jié)點沒有設(shè)置滲流分析如果沒有設(shè)置CONFIGfluid命令，也可以在節(jié)點上設(shè)置孔隙水壓力。在該計算模式中，孔隙水壓力不變，但是由有效應(yīng)力決定的具有彈塑性力學(xué)性能的材料有可能破壞?？梢杂肐NITIALpp命令或者用WATERtable命令，設(shè)置節(jié)點上的孔隙水壓力分布。如果設(shè)置了WATERtable命令，在浸潤線以下的靜水壓力分布由程序直接計算。在該情況下，流體密度和重力加速度必須設(shè)置。流體密度和浸潤線的位置可以用PRINTwater命令顯示。并且，如果浸潤線被FACE關(guān)鍵詞定義的話，浸潤線可以用PLOTwater命令標(biāo)出。Zone的孔隙壓力通過平均節(jié)點值來確定。孔隙水壓力用于生成有本構(gòu)模型中的效應(yīng)力。在該計算模式下，計算體積力時，流體（質(zhì)量）部分不能自動考慮，濕重度和干重度必須由用戶手動設(shè)置。PRINTgppp和PRINTzonepp命令分別顯示網(wǎng)格節(jié)點和單元體孔隙壓力。PLOTcontourpp顯示網(wǎng)格節(jié)點的孔隙壓力。1.4.2節(jié)點設(shè)置滲流分析如果設(shè)置了CONFIGfluid命令，可以進(jìn)行瞬態(tài)滲流分析?？紫端畨毫Φ母淖冸S著浸潤線的改變而改變。有效應(yīng)力計算和不排水計算可以在CONFIGfluid模式下計算。而且，也可以進(jìn)行完全流固耦合計算。在該過程中，孔隙水壓力的改變產(chǎn)生了變形，體積應(yīng)變導(dǎo)致了孔隙水壓力的改變。如果節(jié)點配置了滲流，zone的孔隙壓力可以通過平均節(jié)點的孔隙水壓力值獲得。在該模式下，土體干密度必須由用戶手動設(shè)置（浸潤線上下都設(shè)置干密度）。因為FLAC3D在該模式下，自動將流體影響計入體積力部分。當(dāng)設(shè)置CONFIGfluid后，zone必須賦予滲流模型。各向同性流用MODELfl_isotropic命令來定義，各向異性滲流由MODELfl_anisotropic定義，不可滲透材料由MODELfl_null定義。有一點需要注意：開挖掉的單元不會自動設(shè)置為不可滲誘單元。流體的屬性不是賦值給zone就是賦值給grid。Zone中的流體屬性由命令PROPERTY設(shè)置各向同性滲透系數(shù)，孔隙率，Biot系數(shù)等。對于各向同性滲流，滲透系數(shù)由perm關(guān)鍵詞定義。對于各向異性流，三個主方向的滲透系數(shù)用關(guān)鍵詞k1,k2,k3來定義，主方向可以用關(guān)鍵詞fdip，fdd，和frot來定義。滲流最重要的三個方向相當(dāng)于kl、k2、k3，形成一個右手系統(tǒng)。Fdip（k1）和Fdd（k2）分別代表平面的傾角和傾向。傾角是以全局X-Y平面為起點，負(fù)Z軸方向計量。傾向是在全局X-Y平面內(nèi)，以正Y軸為起點順時針方向計量。Frot是K1軸和傾角矢量在K1-K2平面的夾角。如果沒有設(shè)置，Biot系數(shù)默認(rèn)為1,孔隙率默認(rèn)為0.5。節(jié)點流體屬性可以用INITIAL命令來設(shè)置。這些屬性包括，流體密度，流體體積模量，Biot模量，流體抗拉極限和飽和度。流體密度可以用全局命令WATER命令設(shè)置。有一點需要注意：流體的壓縮性可以通過兩種方式定義（設(shè)置CONFIGfluid）：1）定義Biot模量和Biot系數(shù)；2）定義流體體積模量和孔隙率。第一種方法考慮了土體顆粒的可壓縮性，第二種方法假設(shè)為固體顆粒不可壓縮。PRINTzoneproperty用命令輸出實體單元的性質(zhì)，PRINTgp命令輸出節(jié)點的性質(zhì)。如給定了流體密度以及水面的位置，可以用PRINTwater命令輸出，流體流動的性質(zhì)可以采用PLOTbcontourproperty命令或PLOTblockproperty命令輸出云圖。對于各項異性流動，流體區(qū)域的整體滲透方向量可以使用實體單元的關(guān)鍵字kxx,kyy,kzz,kxy,kxz,kzz輸出。節(jié)點初始孔隙壓力分布，CONFIGfluid和non-CONFIGfluid的做法是相同的。即：采用INITIALpp和WATERtable命令。FIXpp命令和FREEpp命令可以為選定的節(jié)點施加的接觸約束。流源和會水電可以采用APPLY命令。1.6節(jié)會介紹流體邊界和初始條件。流體計算采用的是SETfluidandSOLVE命令。不同的計算過程可以通過選擇。例如：SETfluidonoroff命令為采用或取消流體力學(xué)的計算。這些命令和關(guān)鍵字的選擇取決于流動分析的耦合程度。1.7節(jié)將介紹不同耦合程度應(yīng)該采用的計算過程。該部分還給出了幾個例子，包括：僅作流動的分析和流固耦合的分析等。流體力學(xué)的計算可以采用好幾種性是查看其結(jié)果。PRINTgpppandPRINTzonepp命令可以輸出節(jié)點和實體單元的孔隙水壓力。HISTORYgpppandHISTORYzonepp命令可以查看孔隙水壓的變化。瞬態(tài)計算中，可以用HISTORYfltime命令記錄流動時間的變化，從而可以輸出，孔隙水壓隨時間的變化趨勢。PLOTcontourpp命令輸出節(jié)點孔隙壓力的云圖。PLOTcontoursaturation輸出飽和度云圖。PLOTfluid輸出流體排放方向量。CONFIGfluid模式計算的一般信息可以用PRINTfluid命令輸出。某些流體變量還可以采用FISH語言編程得到。在1.9.2中列出了這些變量，與節(jié)點相關(guān)的一個變量，gpflow只能通過FISH函數(shù)來得到它的值。FLAC3D滲流計算中涉及的屬性為滲透系數(shù)k，流體的質(zhì)量密度P$,或者Biot系數(shù)a和Biot模量M（顆?？?/p>

積模量K的排水試驗來決定。該系數(shù)的變化區(qū)域為，3n/（2+n）與1之間，n是孔隙率。在土體骨架不可壓縮的情況下，Biot壓縮土體中的滲流），或者流體體積模量K”和孔隙率n（只

系數(shù)為1。該值為FLAC3D的默認(rèn)值。（計算公式參考手冊）適用于顆粒不可壓縮的土體）。熱耦合參數(shù)是線性熱膨脹系數(shù)at不排水導(dǎo)熱系數(shù)0。1.5.1滲透系數(shù)FLAC3D中各向同性滲透系數(shù)k，在文獻(xiàn)中也稱為移動系數(shù)。該系數(shù)為達(dá)西定律中壓力的系數(shù)，而且與水力傳導(dǎo)系數(shù)kh有關(guān)。相關(guān)公式k,二kgPf。h h f本質(zhì)滲透性K= h=Pk（卩是動態(tài)粘滯度）gP

對于多孔理想介質(zhì)，比奧系數(shù)a與體積模量K和土顆粒的體積模量K存在如下關(guān)系:s比奧模量定義為儲水系數(shù)的倒數(shù)，儲水系數(shù)是指在體積應(yīng)變一定的情況下，單位孔隙壓力增量引起的單元體積內(nèi)流體含量的增量。比奧模量M可按下式進(jìn)行定義:卩=1.011X卩=1.011X10-3?J對于20°C水時；M二（KU—K川2（其中Ku為介質(zhì)的不排水體積模Pg=9.81Xl03Pa/m；1達(dá)西=10-8cm2；ZLAC中滲透w系數(shù)kkm2/Pa/s):量）對于理想多孔介質(zhì)，比奧模量與流體模量K的關(guān)系（在SI單位）三KX9.9X10-2（在SI單位）三kX1.02X10-6h（在SI單位）三毫達(dá)西的滲透性X9.8X10-13為：（在SI單位）三K（土力學(xué)中滲透系數(shù)cm/s）X1.02M-n+(a—n)(1—a)K/KAPAP體積模量Kf定義為：Kf=AVVX10-6如果沿著節(jié)點滲透系數(shù)有所變化，計算時間步由最大的滲透系數(shù)決定。在穩(wěn)定流計算問題中，最好減少滲透系數(shù)的差異以提高收斂速度。例如，對于最后的穩(wěn)定狀態(tài)，20:1的滲透系數(shù)差別與200:1的滲透系數(shù)差別幾乎對結(jié)果沒有影響。1.5.2土體質(zhì)量FLAC3D中涉及的土體密度有3種:干密度P，飽和密d度P和流體的密度Pf。只有重力荷載需要考慮的時候才sf設(shè)置土體的重度。如果FLAC3D設(shè)置了CONFIGfluid，那么只需要設(shè)置土體干密度。FLAC3D會自動計算每個單元的飽和重度（P=Pd+nsPf）其中，n為孔隙率，s為飽和度。sd f唯一一種需要設(shè)置飽和重度的情況是在計算有效應(yīng)力時沒有設(shè)置CONFIGfluid。Watertable（inipp）設(shè)置水位線位置。水位線上部設(shè)置干密度，水位線下部設(shè)置濕密度。土體的密度由INITIALdensity命令設(shè)置。流體密度可以通過WATERdensity命令設(shè)置，或者可以用INITIALfdensity命令設(shè)置不同位置的不同流體密度。所有的密度是zone的變量。

因此，當(dāng)土顆粒不可壓縮的情況下（a=1），比奧模量可壓縮骨架的計算模式可以由命令SETfluidbioton打開。Biot系數(shù)是zone的屬性，用PROPERTY命令定義°Biot模量是節(jié)點變量，由INITIAL命令定義。1.5.3.2流體體積模量在土體骨架的壓縮性可以忽略的分析中，用戶可以是用薄人的Biot系數(shù)，K/n定義Biot模量；或者直接定義流體的體積模量K流體的“可壓縮性” 是體積模量K,的倒數(shù)。例1.5.31.5.3流體模量如，對于失穩(wěn)下的純水，其體積模量為2Gpa。在實際土體中,1.5.3.1Biot系數(shù)和Biot模量Biot系數(shù)a定義為當(dāng)孔隙壓力改變時，吸收流體的體

孔隙水含有溶解的空氣氣泡，這降低了水的體積模量。對于地下水問題，考慮到空氣含量的不同，水的體積模量在不同設(shè)置為大于20設(shè)置為大于20倍的K+4/3Ga2的節(jié)點可能有不同的模量°FISH的功能就是根據(jù)一定規(guī)范改變局部模量，但是用戶應(yīng)該注意不要只憑主觀臆斷。當(dāng)流體的模量作為輸入?yún)?shù)時，對于顆粒不可壓縮的土體，Biot模量用M=fn由程序自動計算。計算中，孔隙率，zone的屬性由節(jié)點平均體積在節(jié)點上計算。Biot系數(shù)在滲流區(qū)域設(shè)置為1,忽略已經(jīng)賦予的數(shù)值。流體模量和計算收斂速度如果考慮穩(wěn)定滲流，完全飽和滲流，比奧模量M（體積模量Kf）對于數(shù)值收斂來說不是很重要。因為，系統(tǒng)的響應(yīng)時間和時間步的長度與比奧模量M（體積模量Kf）成反比。對于包含浸潤線的系統(tǒng)，較低的體積模量可以加速收斂到穩(wěn)定狀態(tài)的速度。因為，飽和度的變化涉及到時間間隔圧，而不是M°“ '“'（seeEqs.（1.69）and（1.70））。在流固耦合相互作用比較強烈的系統(tǒng)中，比較難以估計收斂速度和計算時間。我們可以做如下評價：一般來說相對于固體的體積模量K,比奧模量M（體積模量Kf）越大，收斂速度就越慢。無論如何，從數(shù)值計算的觀點，沒有必要將（流體模量數(shù)值）比奧模量M（體積模量Kf）K+4/3G（或 ）。n排水和不排水分析的流體模量在FLAC3D中，當(dāng)設(shè)置了CONFIGfluid命令，而且選擇了輸入流體的模量（或者Biot模量），必須為土體設(shè)置排水模量。土體模型的表面體積模量（不排水模量）將由程序計算，而且隨著之間更新。不排水分析也可以不設(shè)置CONFIGfluid命令來分析。在這種情況下，直接設(shè)置土體的不排水體積模量Ku，并且u需要指定土體模型。K二K+a2M如果土顆粒不可壓縮，則a=1，M=Kf/n，則上式變?yōu)镵二K+K/n

孔隙率孔隙率n是一個無量綱的數(shù)，由孔隙的體積與土體的總體積的比值定義。n二e/1+e程序默認(rèn)孔隙率為0.5.孔隙率的取值范圍為0?1,但是孔隙率較小時（小于0.2）需引起注意。因為流體模量M與Kf/n有關(guān)，當(dāng)孔隙率n比較小的情況下，流體模量會遠(yuǎn)大于土體材料的模量，導(dǎo)致了計算收斂速度變得很慢。這種情況下，可以適當(dāng)減小流體模量的Kf值。FLAC3D中的孔隙率用于計算飽和重度和Biot模量（當(dāng)流體的模量作為輸入?yún)?shù)時）；由于更新孔隙率非常耗時，而且僅影響到瞬態(tài)流浸潤線的坡度，F(xiàn)LAC3D不會更新孔隙率；孔隙率是單元變量，使用PROPERTY命令進(jìn)行賦值。1.5.5飽和度飽和度定義為流體所占的體積與所有孔隙體積的比值。在FLAC3D中，如果任何一點的飽和度小于1，該點的孔隙水壓力為0.如果需要考慮流體中溶解的空氣或者氣泡，可以通過降低流體模量的方法來實現(xiàn)，但是必須在飽和度為1的情況下實施。雖然在部分飽和區(qū)域的初始孔隙水壓力為0,但是孔隙中的流體還是要考慮重量的。這些流體在自重下流動。用戶可以設(shè)置初始飽和度，但是FLAC程序為了遵守質(zhì)量守恒定律，會自動更新飽和度。有一點需要指出：飽和度不是一個獨立的變量，不能在節(jié)點上對飽和度進(jìn)行固定。1.5.7流體的抗拉極限在細(xì)粒土中，孔隙水可以承受明顯的拉力（負(fù)孔隙水壓力）。在FLAC3D中，可以描述負(fù)超孔隙水壓力的產(chǎn)生。負(fù)超孔隙水壓的極限值定義為流體的抗拉強度，用INITIALftens命令設(shè)置，程序默認(rèn)值為T015需要指出：負(fù)超孔隙水壓與毛細(xì)壓力，電化學(xué)力是不一樣的。后者可以在本構(gòu)模型上增加有效應(yīng)力表現(xiàn)出來。負(fù)超孔隙水壓與土體是否由顆粒組成沒有關(guān)系。負(fù)超孔隙水壓只是由于包含水的土體體積膨脹所引起。1.6滲流邊界條件，初始條件，源與匯默認(rèn)的邊界條件是不透水邊界，所有的節(jié)點上流體最初可以流動的(這樣的節(jié)點的孔隙壓力可以通過相鄰網(wǎng)格流入流出自由變化)。這些狀態(tài)可以通過在適當(dāng)節(jié)點用FREEPP命令明顯的顯現(xiàn)出來。相反的條件FIXPP—樣可以在任何節(jié)點設(shè)置。一般情況，如果孔隙水壓力固定，流體會從外部邊界進(jìn)入或者流出。如下所示兩種邊界條件：孔隙壓力自由：這是一個不可滲透邊界，而且是默認(rèn)選項。節(jié)點上的流體與外界沒有交換?？紫秹毫εc飽和度根據(jù)Eq.(1.69)orEq.(1.70)計算。該項計算依賴于當(dāng)前飽和度的值和流體是否已經(jīng)受拉破壞。固定了的孔隙水壓力：這是一個可滲透邊界，沿著該邊界流體可以流到模型區(qū)域外。只有當(dāng)孔隙壓力設(shè)置為零時，飽和度才會變化。否則飽和度為1(為符合FLAC中孔隙壓力只會在完全飽和材料中存在的假定).孔隙水壓力的固定值不能小于流體的抗拉極限。如上所示，有幾種邊界條件的組合是不可能實現(xiàn)的。例如，節(jié)點的孔隙水壓力設(shè)定值小于先前設(shè)定的流體的抗拉極限。FLAC3D在執(zhí)行任何一個step之前會糾正這個錯誤。孔隙水壓力可以通過FIXpp固定?；蛘?，用APPLYpp命令設(shè)置外部或者內(nèi)部的邊界。需要指出，如果不是設(shè)定外邊界面上的孔隙水壓力(非表面節(jié)點)，必須指定interior關(guān)鍵詞。用APPLY命令的一個好處就是，可以用history準(zhǔn)確的監(jiān)控孔隙水壓力。流體流動的邊界條件可用APPLY命令應(yīng)用到個體單元、rangeof、節(jié)點，zone的表面或者zone。APPLYpwell命令將預(yù)定義的流入或者流出量應(yīng)用到邊界的節(jié)點上。interior關(guān)鍵詞表示模型內(nèi)部節(jié)點的流量。APPLYdischarge和APPLYleakage分別表示模型邊界平面上的通量邊界條件和滲流邊界條件。APPLYvwell命令用來描述特定范圍單元體的流量大小。除了APPLYleakage之外的這些所有邊界條條件都可以跟history關(guān)鍵詞。這些命令的使用方法詳見1.9節(jié)所述。固定孔隙壓力的節(jié)點的作用有點類似于井。在節(jié)點上的滲流量沒有現(xiàn)成的命令可以利用去監(jiān)測。然而，F(xiàn)ISH中的gp_flow記錄了節(jié)點的不平衡流量；可以寫一個簡單的程序監(jiān)控節(jié)點的流量?？紫秹毫?，孔隙率，飽和度和流體屬性的初始分布可以用INITIAL命令或者PROPERTY命令定義(asnotedinSection1.9)。如果設(shè)置了重力加速度SETgravity命令，以上變量的初始分布必須和實際凈水壓力的梯度(由重力加速度和節(jié)點上的水的密度，飽和度和孔隙率引起的重力梯度)一致。如果用戶設(shè)置的條件與靜水壓力不匹配，一開始計算單元內(nèi)就產(chǎn)生滲流。因此，在開始模擬的時候可以先運算幾個step以檢驗流體參數(shù)和初始條件設(shè)置的正確性。如果模型中包含有接觸面，則在單元上進(jìn)行初始應(yīng)力設(shè)置時，接觸面上的應(yīng)力會自動考慮孔隙水壓力的存在而進(jìn)行有效應(yīng)力的初始化。這個過程在滲流模式(CONFIGgw)和非滲流模式下都是如此。例如，在無滲流模式下，采用WATERTable命令可以產(chǎn)生節(jié)點上的孔壓，這樣接觸面上的孔壓也會自動生成，因為接觸面上的孔壓是根據(jù)節(jié)點上的孔壓差值得到的。如果接觸面兩側(cè)的兩個平面之間是接觸狀態(tài)，則流體可以從接觸面的一面滲透到另一面，并不受任何阻力。但沿著接觸面方向的滲流是不能計算的，也就是說FLAC不能解決諸如裂隙滲透的問題。見P219見P220?P221見P222見P222見P223?P2251.7.6流固耦合分析在滲流模式下，如果比奧模量（或流體模量）、滲透系數(shù)都為真實值的話，F(xiàn)LAC3d默認(rèn)是進(jìn)行完全的流固耦合分析，完全的流固耦合分析包括兩個方面：孔壓的改變引起體積應(yīng)變的改變，進(jìn)而影響應(yīng)力；應(yīng)變的發(fā)生也會影響孔壓的改變。必須重視固結(jié)（滲流）和力學(xué)加載的相對時標(biāo)大小。一般的，力學(xué)擾動都是瞬時的，而滲流往往需要更長的時間，比如土體中超孔隙水壓力的消散與固結(jié)往往要發(fā)生數(shù)小時、數(shù)天的時間。相對時標(biāo)可以通過耦合進(jìn)程和不排水進(jìn)程的特征時間之比來估算。不排水力學(xué)進(jìn)程的特征時間可以使用飽c K和質(zhì)量密度和不排水體積模量來得到。tf[K+a2+43GL（1a2 'tm\p kIMK+43G丿c在大多數(shù)情況下，M大約等于1010Pa，但是不同材料的滲透系數(shù)不同：花崗巖、巖石：10-i9m2/Pa-s石灰?guī)r：10-i7m2/Pa-s砂巖：10-15m2/Pa-s粘土：10-13m2/Pa-s沙土:10-7m2/Pa-s對于巖石和土壤來說，P大約103Kg/m3,K+43G大約為1010Pa。通過Eq.（1.105）我們大概可以發(fā)現(xiàn)，沙土的時步為L；粘土的時步為106L；砂巖的時步為108L；石灰?guī)r的時步為1010L；花崗巖的時步為1012L。實際上，相對于流體的擴散效應(yīng)而言，力學(xué)的擾動作用可以假定為瞬時發(fā)生的，這種方法也被flac接受，在滲流時間步中不包含力學(xué)時間步。但在動力模式下，可以考慮沙土材料的動力流固耦合作用。在大多數(shù)建模情況，必須在偶合分析前達(dá)到力學(xué)平衡狀態(tài)。通常，對于一個小的無量綱滲流時間，在每個滲流步中需要使用一定的力學(xué)不才能達(dá)到力學(xué)的平衡；對于大的無量綱的滲流時間，如果系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)滲流，一定步數(shù)的滲流計算不會對力學(xué)狀態(tài)造成影響。根據(jù)這個原理，流固耦合的分析方法是手動控制單滲流計算（SETfluidonmechoff）和單力學(xué)計算（SETfluidoffmechon）的時間步，使用STEP命令進(jìn)行。上述手動調(diào)試的方法非常繁瑣，可以使用子進(jìn)程的方式提高計算效率，這種方法需要進(jìn)行一定的設(shè)置：SETmechforce設(shè)置一個不平衡力的大小，達(dá)到這個不平衡力系統(tǒng)認(rèn)為暫時達(dá)到平衡狀態(tài)；SETmechsubstepnauto設(shè)置力學(xué)進(jìn)程為從進(jìn)程，在主進(jìn)程每執(zhí)行一步中必須執(zhí)行n步，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時也可以小于n步；SETfluidsubstepm設(shè)置流體進(jìn)程為主進(jìn)程。（主進(jìn)程設(shè)置不需要auto關(guān)鍵字）如果對于每一個滲流時間步，力學(xué)從進(jìn)程只需要一個子步來達(dá)到平衡，那么滲流子步的步數(shù)將會增加，但不會超過數(shù)值m（默認(rèn)情況下m=1），而一旦這種連續(xù)性被打破時，系統(tǒng)將會采用原有的子步設(shè)置方案。在主從進(jìn)程法中，可以使用SOLVEage命令給滲流計算設(shè)置一定的滲流時間。在第三種方法，力學(xué)模型和滲流模型上斗可以使用STEP關(guān)鍵詞，選擇這種方法時，每步滲流之后執(zhí)行一個力學(xué)步驟。在這里每一步滲流被假定如此的小以至于每一步滲流被執(zhí)行之后一步力學(xué)就足夠重新達(dá)到力學(xué)平衡。為了說明一個完全耦合分析，我們繼續(xù)在第1.7.5節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行模擬，采用SOLVE命令進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置來計算的求解地基下方的強化。Example1.2Acoupledfluidflow-mechanicalanalysis采用主從進(jìn)程法進(jìn)展流固耦合問題時，F(xiàn)LAC命令窗口顯示信息分別為：①