巖土工程數(shù)值法

FLAC3D使用劉必?zé)舨┦?011年9月1日個(gè)人簡(jiǎn)介2002-2006石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁系學(xué)士學(xué)位2006-2008中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所防災(zāi)減災(zāi)工程與防護(hù)工程碩士學(xué)位2008-2011中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所橋梁與隧道工程博士學(xué)位（2008年免試提前入讀博士）考核方式與紀(jì)律考勤+程序設(shè)計(jì)(期中小作業(yè))+程序設(shè)計(jì)(期末大作業(yè))，沒(méi)有考試考勤：1小時(shí)=1分期中程序設(shè)計(jì)：30分期末程序設(shè)計(jì)：約40分紀(jì)律！公共郵箱flac_2011@163.com密碼flacflac個(gè)人郵箱liubideng@電決巖土工程問(wèn)題的方法數(shù)值法的種類有限差分法有限單元法邊界元法離散元

有限差分法最早出現(xiàn)的數(shù)值解法以差商來(lái)代替方程式的導(dǎo)數(shù)有限單元法Clough在1960年首次應(yīng)用“有限單元法（FiniteElementMethod)”這個(gè)詞，并處理平面彈性問(wèn)題有限元法思想，即劃整為零很早就有了，我國(guó)的祖沖之將圓分割，求得，就是采用有限元的基本思想有限元的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用情況

可用于非均質(zhì)問(wèn)題，多層土、多種材料、多區(qū)域；可用于非線性材料，各向異性材料；可適應(yīng)復(fù)雜邊界條件；可用于各種類型的問(wèn)題：應(yīng)力變形、滲流、固結(jié)、流變、濕化變形、動(dòng)力、溫度問(wèn)題等。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：?jiǎn)卧螒B(tài)對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大；計(jì)算比較復(fù)雜、麻煩；計(jì)算模型、參數(shù)對(duì)結(jié)果影響大；非連續(xù)性問(wèn)題困難；軟件介紹FastLagrangianAnalysisofContinua美國(guó)Itasca咨詢公司開(kāi)發(fā)2D程序(1986)1990年代初引入中國(guó)有限差分法(FDM)DOS版→2.0→2.1→3.0→3.1Itasca其他軟件FLAC/FLAC3D簡(jiǎn)介

概況FLAC3D是通用程序，可以模擬包含流體耦合，熱流動(dòng)及(土/石與)結(jié)構(gòu)相互作用的完全非線性靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，問(wèn)題幾何形狀和邊界條件不受任何限制。FLAC3D使用廣義有限差分法(任意形狀單元，又稱為有限體積法)模擬非線性連續(xù)介質(zhì)的力學(xué)行為。FLAC3D對(duì)完整的動(dòng)力學(xué)方程求解，即使對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題也是如此，這種方法對(duì)于涉及物理不穩(wěn)定問(wèn)題(如坍塌)很有優(yōu)勢(shì)。在模擬系統(tǒng)的靜態(tài)響應(yīng)時(shí)，使用阻尼吸收動(dòng)能。隧道工程基本特征內(nèi)置材料模型（fortran）連續(xù)介質(zhì)非線性，大應(yīng)變模擬（ansys）顯式解題方案，為不穩(wěn)定物理過(guò)程提供穩(wěn)定解界面或滑動(dòng)面用來(lái)模擬可產(chǎn)生滑動(dòng)或分離的離散面，從而模擬斷層，節(jié)理或摩擦邊界內(nèi)置材料模型：零模型,三個(gè)彈性模型(各向同性，橫觀各向同性和正交各向異性),八個(gè)朔性模型(德魯克-布拉格,摩爾-庫(kù)倫,應(yīng)變硬化/軟化，單一節(jié)理，雙線性應(yīng)變硬化/軟化單一節(jié)理,雙屈服，修正劍橋粘土，霍克-布朗)自動(dòng)三維網(wǎng)格生成器(FLAC3D)使用預(yù)定義形狀可以創(chuàng)建交叉內(nèi)部區(qū)域（如交叉隧道）FLAC3D擁有部分圖形用戶界面(用來(lái)進(jìn)行繪圖和文件操作)強(qiáng)大繪圖功能—等值線,矢量,張量等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式圖形輸出(包括PostScript,BMP,JPG,PCX,DXF(AutoCAD),EMF等),并可以用剪貼板進(jìn)行圖形剪切和粘貼淺隧道的順序開(kāi)挖和支護(hù)噴射混凝土，錨索及土釘支護(hù)開(kāi)挖

應(yīng)用：巖土力學(xué)分析，例礦體滑坡、煤礦開(kāi)采沉陷預(yù)測(cè)、水利樞紐巖體穩(wěn)定性分析、采礦巷道穩(wěn)定性研究等巖土工程、采礦工程、水利工程、地質(zhì)工程

特色：大應(yīng)變模擬完全動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)方程使得FLAC3D在模擬物理上的不穩(wěn)定過(guò)程不存在數(shù)值上的障礙顯示求解具有較快的非線性求解速度結(jié)構(gòu)-土相互作用壩基飽和穩(wěn)定流隧道圍巖中的非飽和穩(wěn)定流豐富的本構(gòu)模型彈性本構(gòu)模型零模型所有的應(yīng)力均為零:模擬挖空區(qū)彈性模型各向同性，線性各向異性彈性，假定單元為橫觀各項(xiàng)異性bga-b面為對(duì)稱面.a,b軸與x,y軸呈任意角度:afbxy德魯克-布拉格;摩爾-庫(kù)倫;單一節(jié)理;應(yīng)變硬化-軟化;雙屈服;修正劍橋粘土;霍克-布朗所有模型都由屈服函數(shù)，硬化/軟化函數(shù)，和流動(dòng)準(zhǔn)則描述;塑性流動(dòng)基于塑性理論，即總應(yīng)變可以分解為彈性分量和塑性分量，只有彈性應(yīng)變分量根據(jù)彈性定律引起應(yīng)力增加。而且，彈性和塑性分量與主應(yīng)力同軸;德魯克-布拉格，摩爾-庫(kù)倫，單一節(jié)理,應(yīng)變硬化-軟化模型使用剪切屈服函數(shù)和非相關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則;德魯克-布拉格，摩爾-庫(kù)倫，單一節(jié)理,應(yīng)變硬化-軟化模型另外還定義了拉伸強(qiáng)度準(zhǔn)則及其相關(guān)流動(dòng)法則;所有模型都使用有效應(yīng)力描述;雙屈服和修正劍橋粘土考慮了體積改變對(duì)材料可變形性和體積變形的影響;霍克-布朗包含非線性破壞面，隨圍壓改變的塑性流動(dòng)法則.塑性本構(gòu)模型FLAC/FLAC3D基本原理FLAC/FLAC3D利用有限差分，顯式方案，動(dòng)態(tài)松弛方法模擬連續(xù)體的非線性力學(xué)行為：即使對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題,程序仍然求解完整的動(dòng)力學(xué)方程。這種方法的好處在于可以為物理非穩(wěn)定過(guò)程例如塌方提供穩(wěn)定解；在“松弛”方法中，使用阻尼來(lái)吸收動(dòng)能以模擬系統(tǒng)的“靜態(tài)”反應(yīng)。這種方法可以用比其它方案如解矩陣法更為真實(shí)有效地模擬塌方問(wèn)題?；旌碗x散技術(shù)FLAC混和離散+/2=每個(gè)

為常應(yīng)力/應(yīng)變:體積應(yīng)變由整個(gè)四邊形算出.應(yīng)變偏量則有兩個(gè)三角形

和分別算出(混合離散過(guò)程)解題過(guò)程中網(wǎng)格坐標(biāo)按照“拉格朗日方式更新”(網(wǎng)格隨材料移動(dòng)),且為顯式

(一個(gè)時(shí)步內(nèi)局部變化不會(huì)影響鄰域)FLAC3D混和離散+/2=動(dòng)態(tài)松弛法在動(dòng)態(tài)松弛法中，網(wǎng)格點(diǎn)根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律運(yùn)動(dòng).網(wǎng)格點(diǎn)的速度與該點(diǎn)的不平衡力呈正比.這種求解方法所決定的一系列位移將把系統(tǒng)帶入平衡狀態(tài)，或表明破壞模式

在動(dòng)態(tài)松弛法中有兩個(gè)因素很重要:時(shí)步的選擇阻尼效應(yīng)時(shí)步為滿足數(shù)值穩(wěn)定性，時(shí)步必須滿足如下條件:這里Cp

與1/mgp成比例。對(duì)于靜態(tài)分析，網(wǎng)格點(diǎn)質(zhì)量按比例調(diào)節(jié)使得局部臨界時(shí)步等于()，這樣收斂速度最優(yōu).然后調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)慣性質(zhì)量以滿足穩(wěn)定條件:注意介質(zhì)實(shí)際重量不受影響.顯式解與隱式解的比較顯式,逐時(shí)推進(jìn)隱式,靜態(tài)1.無(wú)需進(jìn)行反復(fù)迭代來(lái)實(shí)現(xiàn)非線性本構(gòu)關(guān)系

.2.類似問(wèn)題求解時(shí)間呈N3/2

規(guī)律增長(zhǎng)3.物理非穩(wěn)定性不會(huì)引起數(shù)值不穩(wěn)定性.4.因?yàn)闊o(wú)需儲(chǔ)存矩陣，用較小內(nèi)存即可模擬大尺度問(wèn)題.5.對(duì)大位移、大應(yīng)變問(wèn)題同樣適合，無(wú)需額外的計(jì)算

.1.需進(jìn)行反復(fù)迭代來(lái)實(shí)現(xiàn)非線性本構(gòu)關(guān)系

2.類似問(wèn)題求解時(shí)間呈N2

甚至N3規(guī)律增長(zhǎng).3.難以模擬物理非穩(wěn)定性問(wèn)題.4.需存儲(chǔ)剛度矩陣，需克服相關(guān)的帶寬問(wèn)題，需要的內(nèi)存較大

.5.對(duì)大位移、大應(yīng)變問(wèn)題需進(jìn)行大量的計(jì)算

.FLAC3D的求解過(guò)程平衡方程(動(dòng)量方程)應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系(本構(gòu)模型)Gauss定律單元積分應(yīng)變率速度節(jié)點(diǎn)力新的應(yīng)力對(duì)所有的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)對(duì)所有單元分析問(wèn)題的過(guò)程建立網(wǎng)格初始條件邊界條件初始應(yīng)力平衡外荷載求解前處理后處理FLAC3D系統(tǒng)要求處理器–

1GHz；硬盤–至少要有100M的空間；內(nèi)存

–載入FLAC3D需要3MB內(nèi)存;當(dāng)模型創(chuàng)建后內(nèi)存可以自動(dòng)增添和釋放；顯示器–屏幕分辨率1024x768像素,16-字節(jié)調(diào)色版操作系統(tǒng)–任何安裝Windows98及以上版本的因特爾計(jì)算機(jī)單機(jī)網(wǎng)絡(luò)–FLAC3D3.0

有網(wǎng)絡(luò)版菜單驅(qū)動(dòng)(計(jì)算模式)命令欄FLAC3DFLAC3DFLAC3D的文件格式保存文件(*.sav)–含有所有狀態(tài)變量和用戶定義條件的二進(jìn)制文件數(shù)據(jù)文件(*.dat)–數(shù)據(jù)文件由用戶創(chuàng)建的一種ASCⅡ格式的文件，它包括一系列的用于描述所分析問(wèn)題的FLAC3D命令歷史記錄文件(*.his)–記錄輸入輸出歷史值的文件圖形文件

–圖形文件(各種標(biāo)準(zhǔn)格式)電影文件(*.dcx)–AVI或PCX圖像文件，這些圖像文件可以當(dāng)作電影放映FLAC3D語(yǔ)言及主要命令程序控制NEW(!!!)CALLfilenameQUITSAVEfilenameRESTOREfilenameRETURNSTOP計(jì)算模式說(shuō)明

CONFIGAXisymmetric,p-stressCreep,dynamic,extra,gwflow,,thermal幾何模型的建立

GENERATEZONEmeshnamecoordinateratio

ATTACHface本構(gòu)模型參數(shù)輸入

MODEL

null,mohr-coulomb,elastic,isotropicelastic,elasticorthotrpic,ubiquitous-joint,strainhardeningsofteningplasticity初始條件說(shuō)明INITIALpp,sxx,sxy,sxz,syy,szz,xdis,ydis,zdis,yvelzvelxvel,SETlarge,small,3D-damping,clock,creeptime,dytime,flow,force,gravity,tension,thermal,stepWATERtable邊界條件輸入APPLYmechnicalboundary-ff,Pressure,sxx,syy,szz,sxy,xf,yf,zf,groundwaterboundary-pp,dischangethermalboundary-convention,flux,raditionFIXpp,Saturation,temperatrue,x,yFREEpp,Saturation,temperatrue,xy支護(hù)結(jié)構(gòu)特性STRUCTURbeamcablesupportangle,begin,delete,end,remove,widthprop,segment,tension,deletenode,fix,free,load,pin,slave,unslavepropArea,density,e,i,kn交界面說(shuō)明INTERFACEcohesion,friction,glued,kn,ks,tbond,ungluedInterface單元簡(jiǎn)介用途巖體介質(zhì)中的解理、斷層、巖層面地基與土體的接觸箱、槽及其內(nèi)充填物的接觸空間中無(wú)變形的固定“障礙”原理三角形單元(無(wú)厚度!)8參數(shù)三種工作模式粘結(jié)界面粘接滑移庫(kù)倫滑動(dòng)Interface的建立關(guān)鍵要形成同一位置的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)(面)“移來(lái)移去”(推薦)建兩個(gè)分開(kāi)的模型建立接觸單元通過(guò)INI*add使模型接觸注意dist的含義NOmerge,NOattach!!!接觸面dist1234用戶定義函數(shù)DEFINEfunction0nameEND計(jì)算過(guò)程監(jiān)視HISTORYppsig1,sig2,sxx,sxy,syy,szz,tempthtime,unblance,write,xdis,ydis,xvel,yvelTRACKline,list,write計(jì)算與求解SOLVEage,dytime,force,temperatureSTEPn模型輸出MOVIEfile,off,on,viewPLOTapp,at,he,bo,c,cf,den,mark,unmark,sxx,sxy,syy,szz,dif,sig1,sig2,fix,grid,plas,xv,yv,xdis,ydis,vis,pPRINTP,AT,be,bo,den,markunmark,sxx,sxy,syy,szz,sdif,sigl,sig2,fix,grid,plas,xv,yv,xdis,ydis,

TITLE

@name與操作系統(tǒng)有關(guān)命令copy,delete,dir,rename,type,exithelp三、FLAC3D基本模塊名稱關(guān)鍵字1、Brick

brick2、degeneratebrickdbrick3、wedge

wedge4、pyramid

pyramid5、tetrahedrontetrhedron6、cylinder

cylinder7、radialbrickradbrick8、radialtunnelradtunnel9、radialcylinderradcylinder10、cylindricalshellcshell11、cylinderintersectioncylint12、tunnelintersection

tunint常見(jiàn)模型genzonradcylp0000p1500p2010

0p3005

size1362dim1.81.81.81.8genzonradcylp0000p1005p20100p3-500

size1362dim1.81.81.81.8genzonradtunp0000p1-500p2010

0p300-5

size3332dim1.81.81.81.8genzonradtunp0000p100-5p20100p3500

size3332dim1.81.81.81.8plotaddsurfyellplotaddaxesredplotshow解決問(wèn)題的一般步驟FLAC/FLAC3D的使用心得很好的巖土工程專業(yè)軟件本構(gòu)模型豐富強(qiáng)大的動(dòng)力分析功能對(duì)內(nèi)存的要求不高可開(kāi)發(fā)性好FISHC++時(shí)步受網(wǎng)格尺寸的影響很大長(zhǎng)期動(dòng)力計(jì)算的時(shí)間很長(zhǎng)長(zhǎng)期滲流計(jì)算的時(shí)間很長(zhǎng)前處理功能需提高手冊(cè)說(shuō)明仍需完善樹(shù)立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。7月-237月-23Wednesday,July26,2023人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。03:21:4403:21:4403:217/26/20233:21:44AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。7月-2303:21:4403:21Jul-2326-Jul-23加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。03:21:4403:21:4403:21Wednesday,July26,2023安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。7月-237月-2303:21:4403:21:44July26,2023踏實(shí)肯干，努力奮斗。2023年7月26日3:21上午7月-237月-23追求至善憑技術(shù)開(kāi)拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹(shù)立形象。26七月20233:21:44上午03:21:447月-23嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。七月233:21上午7月-2303:21July26,2023作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2023/7/263:21:4403:21:4426July2023好的事情馬上就會(huì)到來(lái)，一切都是最好的安排。3:21:44上午3:21上午03:21:447月-23專注今天，好好努力，剩下的交給時(shí)間。7月-237月-2303:2103:21:4403:21