《FLAC3D在岩土工程中的应用(西安.1.7)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《FLAC3D在岩土工程中的应用(西安.1.7)（177页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、FLAC3D在岩土工程中的应用在岩土工程中的应用中国科学院计算所教育中心徐帮树 系主任/副教授山东大学岩土与结构工程研究中心山东大学城市地下空间工程系2012年1月7-9日 西安2主要内容v软件介件介绍v快速入快速入门v基本原理基本原理v静力静力计算算vFISH语言言v接触面接触面单元元v结构构单元及元及应用用v流固耦合分析流固耦合分析v非非线性性动力分析力分析v自定自定义本构模型本构模型3软件介绍vFast Lagrangian Analysis of Continuav美国美国Itasca咨咨询公司开公司开发2D程序程序(1986)v1990年代初引入中国年代初引入中国v有限差分法有限差分
2、法(FDM)vDOS版版2.0 2.1 3.0 3.1软件介绍使用特征命令命令驱动模式模式：界面操作：界面操作/人机交互人机交互 专一性一性: 专为岩土工程而开岩土工程而开发l本构模型本构模型 12个（个（1个空个空/3个个弹性性/8个塑性）个塑性）l计算模式算模式 5种（静力种（静力/动力力/蠕蠕变/渗流渗流/温度）温度）l结构构单元元 6种（梁种（梁/锚杆杆/桩/壳壳/格格栅/衬砌）砌）l界面界面单元元 节理理/断断层/虚虚拟物理物理边界界l机理分析机理分析 绘图/时步函数步函数 开放性开放性：命令命令驱动模式模式/fish/C+软件介绍计算特征 混合离散法混合离散法 离散集成法离散集成法
3、 动态松弛法松弛法：完全完全动态运运动方程在模方程在模拟物理上的不物理上的不稳定定过程不存在数程不存在数值上的障碍上的障碍 显式差分法式差分法:非非线性性/大大变形形/刚度矩度矩阵6软件介绍应用范围v岩土工程岩土工程/采采矿工程工程 土木建筑土木建筑 /交通交通/地地质/石油石油/环境境/核核电/水利工程水利工程岩土体岩土体渐进破坏和崩坍破坏和崩坍现象象断断层结构影响和加固系构影响和加固系统固固结过程程流流变现象象地下存地下存储效果效果变形局部化剪切形局部化剪切带演化演化动力力稳定分析定分析岩土体与岩土体与结构相互作用分析构相互作用分析振振动液化液化现象象v不足之不足之处 求解求解时间受网格尺
4、寸的影响很大受网格尺寸的影响很大 某些模式下的某些模式下的计算求解算求解时间很很长 前前处理功能理功能较弱弱 可以克服！可以克服！!软件介绍8主要内容v软件介件介绍v快速入快速入门v基本原理基本原理v静力静力计算算vFISH语言言v接触面接触面单元元v结构构单元及元及应用用v流固耦合分析流固耦合分析v非非线性性动力分析力分析v自定自定义本构模型本构模型快速入门图形界面快速入门分析的基本组成部分生成网格单元设置边界条件定义材料性质设置初始条件初始地应力平衡加载及连续建模求解输出计算结果建立分析模型模拟求解快速入门简单分析命令概要功能功能命令命令功能功能命令命令清除清除/调用调用命令文件命令文件N
5、ewCall初始平衡初始平衡计算求解计算求解Step/SolveSet mech/grav生成网格生成网格GenerateImpgrid/Expgrid执行变更执行变更Model/PropertyApply/Fix定义本构定义本构关系关系/性质性质ModelProperty计算结果保计算结果保存及应用存及应用SaveRestore定义边界定义边界/初始条件初始条件Apply/FixInital图形绘制及图形绘制及结果输出结果输出PlotHist快速入门文件类型v.dat 命令文件命令文件 call 记事本事本v.fis 二次开二次开发 call 记事本事本v.tmp 临时文件文件 自自动消失消
6、失v.sav 结果文件果文件 restorev.log 日志文件日志文件 记事本事本v.flac3d 网格文件网格文件 Impgrid 记事本事本快速入门成果输出图片片输出出记录结果果输出出hist keyword x y zhist keyword id=nhist write nhist1 记事本事本编辑14快速入门一个最简单的例子gen zon bri size 3 3 3 ;建立网格建立网格(前前处理理)model elas ;材料参数材料参数prop bulk 3e6 shear 1e6ini dens 2000 ;初始条件初始条件fix z ran z -.1 .1 ;边界条件界条
7、件fix x ran x -.1 .1fix x ran x 2.9 3.1fix y ran y -.1 .1fix y ran y 2.9 3.1set grav 0 0 -10solve ;求解求解app nstr -10e4 ran z 3 x 1 2 y 1 2solveplo con zd ;后后处理理切片功能切片功能RUN FLAC3D例2.1快速入门收敛标准和变量解释v常用常用标准准 不平衡力比不平衡力比10exp(-5)/不平衡力不平衡力/典型内力典型内力v自定自定义标准准 v不平衡力不平衡力v网格网格节点速度点速度v塑性区塑性区标识 shear-n/ shear-p ten
8、sion-n/ tension-pv历时曲曲线例2.116主要内容v软件介件介绍v快速入快速入门v基本原理基本原理v静力静力计算算vFISH语言言v接触面接触面单元元v结构构单元及元及应用用v流固耦合分析流固耦合分析v非非线性性动力分析力分析v自定自定义本构模型本构模型17基本原理v有限差分法有限差分法vLagrangian网格网格v空空间混合离散技混合离散技术vLagrangian格式格式动量平衡方程量平衡方程vFLAC3D的求解的求解过程程vFLAC3D的本构模型的本构模型18基本原理有限差分法v古老的方法古老的方法(上世上世纪40年代年代)v用差分格式用差分格式转化控制方程中的微商格式化
9、控制方程中的微商格式v流体力学；土工渗流流体力学；土工渗流问题；固；固结vFDM & FEM的混合求解的混合求解vFDM的新的新进展展19基本原理Lagrangian网格v源自流体力学中的拉格朗日法源自流体力学中的拉格朗日法跟踪流体质点的运动状态跟踪固体力学中结点，按时步用Lagrangian法研究网格节点的运动v节点和点和单元随材料移元随材料移动，边界和接触界和接触面与面与单元的元的边缘一致一致v固体力学大固体力学大变形理形理论法国数学家、物理学家拉格朗日 20基本原理空间混合离散技术+/2=21基本原理Lagrangian格式动量平衡方程F(t)m牛顿运动定律对于连续体在静力平衡条件下，加
10、速度项为0，方程变为平衡方程22基本原理FLAC3D的求解过程平衡方程(动量方程)应力应变关系(本构模型)Gauss定律单元积分应变率速度节点力新的应力对所有的网格节点对所有单元23基本原理FLAC3D中的本构模型v开挖模型开挖模型null v3个个弹性模型性模型各向同性弹性横观各向同性弹性正交各向同性弹性 v8个个弹塑性模型塑性模型Drucker-Prager模型、Morh-Coulomb模型、应变硬化/软化模型、遍布节理模型、双线性应变硬化/软化遍布节理模型、双屈服面塑性模型、修正剑桥模型和胡克布朗模型24基本原理FLAC3D中的本构模型25主要内容v软件介件介绍v快速入快速入门v基本原理
11、基本原理v静力静力计算算vFISH语言言v接触面接触面单元元v结构构单元及元及应用用v流固耦合分析流固耦合分析v非非线性性动力分析力分析v自定自定义本构模型本构模型26前后处理v基本前后基本前后处理理命令操作菜单操作v外界模型的外界模型的导入入v复复杂模型的网格模型的网格检查27菜单驱动(前处理/计算模式)命令栏28FLAC3D的前后处理v命令命令驱动(推荐推荐)程序控制图形界面接口计算模型输出指定本构模型及参数指定初始条件及边界条件，指定结构单元指定接触面指定自定义变量及函数(FISH)求解过程的变量跟踪进行求解模型输出前后处理功能的优点v13种种zone类型型v后后处理快捷、方便、丰富理快
12、捷、方便、丰富v计算算过程中的程中的hist变量量动态显示示vFISH可可进行参数化模型行参数化模型设计v单元状元状态的可的可编程程v计算算暂停停时的后的后处理与可保存理与可保存前后处理功能的缺点v复复杂模型的建模功能不模型的建模功能不强可以编程导入其他软件形成的网格(比如：Ansys、Adina、ABQUS、GeoCAD)v无等无等值线的后的后处理功能理功能(3D)可编程将.sav文件写入TecPlot/Surfer等其他后处理软件v全命令操作，学全命令操作，学习困困难v鼠鼠标功能功能单一一(双双击取取击点坐点坐标)FLAC3D 网格模型网格模型FLAC3D 网格模型网格模型FLAC3D的建
13、模功能不是很强大，一般用ANSYS/ABQUS建模，然后导入FLAC3D，可以通过编写接口程序实现。FLAC3D Grid Generation with ANSYS+AutoCAD33外界模型的导入v复复杂网格的生成网格的生成难度大度大v接口接口编写写不同软件之间的精度差异Group的定义采用.flac3d的文件格式v.flac3d文件的格式文件的格式G 1 1.0e+00 1.0e+00 1.0e+00Z B8 1 2 3 4 5 6 7 8ZGROUP Soil1 2 3vimpgrid & expgrid仅限于网格FLAC3D 网格单元数据形式 L5.1例5.335外界模型导入实例vA
14、utoCAD辅助建模助建模vAnsys建模建模vAnsys模型数据模型数据导出出Ansys_command-ywd.dat/APDLFlieRead input from生成node-01.dat和elem-02.datv数据格式数据格式转换myansytoflac2.exe得到flaczone.FLAC3Dv得到得到FLAC3D模型模型FlieImport grid flaczone.FLAC3DSav geo.sav后处理查看分析结果v云云图、矢量、矢量图、曲、曲线、数据和、数据和动画画v等等值线图 TecPlot/SurfervPlot 命令格式命令格式/快捷快捷键n分组： PLOT b
15、lock group/界面方式n出色背景：Ctrl+G/界面方式n快捷键：缩放/旋转/平移v图形形输出到文档（出到文档（word）n图形窗口：【Edit】/【Copy to clipboard】（建议使用：矢量图）n命令窗口：【File】/【Print Type】/【Jpg File】 【File】/【Print Setup】/【Jpg File】 【File】/【Print 】/【1Base 0】例6.1Set plot jpgSet plo quality 100Pot hard file 1.jpg后处理查看分析结果后处理查看分析结果v初始地初始地应力力结果后果后处理理 Plo con/
16、bconn应力云图PLOT con szz/界面方式界面方式 nPlo con/bconPLOT con szz ou on ;显示网格显示网格PLOT con szz ef on ;有效应力有效应力PLOT con szz inter 1e4 ;改变云图显示增量改变云图显示增量PLOT con szz max -10e3 ;改变应力最大值改变应力最大值PLOT bcon szz PLOT con 节点节点/单元单元（插值）（插值） PLOT bcon 单元单元（检查）（检查）PLOT bcon prop bu 例6.1后处理施加荷载后的计算结果n变形云图：变形云图：plo con zd/sz
17、z 动态显示动态显示 plo sk magf 20 n变形矢量图：变形矢量图：plo sk dis n塑性区分布：塑性区分布：plot block state print zone state n变量监测变量监测: plot hist 2 根据坐标指定 /根据ID号指定 set hist_rep 1 监测数据导出 hist write 7 vs 8 file 6-3hist.txtn结果输出结果输出: print apply, fish, gp, group, history, model, zone等？ set log on / set logfile 6-1.logn切片操作切片操作(插值
18、插值)：plo set plane ori 0 1.5 0 norm 0 1 0 plo con zd plane/ plo add ske, dis plane, axen动画制作动画制作例6.2 6.3 6.4 6.540Tecplot的slice切片功能.和CAD一样,可以任意切剖面出图.最大优点是可以几个剖面同时出图.Tecplot的切片功能41Sufer的后处理42复杂网格的检查vFLAC3D生成的复生成的复杂网格网格attach face无接触面时检查整体模型是否存在sub-grid有接触面时给定范围进行检查v其他其他软件件导入的复入的复杂模型模型网格划分的检查gen merge弹
19、性模型model elastic求解“独立”节点“畸形”单元例6.143模型的检查vFLAC3D本身的本身的Check功能十分有限功能十分有限错误提示很少十分开放的工作平台 检查的基本步骤网格检查(如前所述)边界条件检查速度约束条件 plo gpfix red sk荷载条件 plo fap red sk模型检查模型赋值plo block model参数赋值plo block prop *初始应力检查(如后所述)例6.144初始应力的生成v为什么要什么要单独列出？独列出？得到所关注分析阶段之前岩土体已经存在的应力状态分析过程中出现的很多问题都与初始应力是否合理有关手册中的例子五花八门v生成方法生
20、成方法弹性求解更改强度参数的弹塑性求解设置初始应力的弹塑性求解存在水压力的初始应力生成水下建筑的初始应力生成45弹性求解模型尺模型尺寸寸单元数单元数量量密度密度KGu112 (m3)112200030MPa10MPa0.35gen zon bri size 1 1 2m elasprop bulk 3e7 shear 1e7fix z ran z 0fix x ran x 0fix x ran x 1fix y ran y 0fix y ran y 1ini dens 2000set grav 0 0 -10solveStep = 162s sz = -40e3s sx = -21.54e3例
21、7.1浅埋和地表工程浅埋和地表工程无屈服区域无屈服区域46更改强度参数的弹塑性求解模型模型尺寸尺寸单元单元数量数量密度密度KGct tf fu112 (m3)112200030MPa10MPa10(10 ) kPa0(10 )MPa1500.35gen zon bri size 1 1 2model mohrprop bulk 3e7 shear 1e7 c 1e10 f 15 ten 1e10fix z ran z 0fix x ran x 0fix x ran x 1fix y ran y 0fix y ran y 1ini dens 2000set grav 0 0 -10solvepr
22、op bulk 3e7 shear 1e7 c 10e3 f 15 ten 0solveStep = 163s sz = -40e3s sx = -21.54e3例7.274可能存在屈服区域可能存在屈服区域计算时间长计算时间长47设置初始应力的弹塑性求解模型模型尺寸尺寸单元单元数量数量密度密度KGcf fu112 (m3)112200030MPa10MPa10kPa150.35gen zon bri size 1 1 2model mohrprop bulk 3e7 shear 1e7 c 10e3 f 15 ten 0fix z ran z 0fix x ran x 0fix x ran x
23、 1fix y ran y 0fix y ran y 1ini dens 2000ini szz -40e3 grad 0 0 20e3 ran z 0 2ini syy -20e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2ini sxx -20e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2set grav 0 0 -10solveStep = 0s sz = -40e3s sx = -20e3例7.4加速平衡时间加速平衡时间K0不适用深埋工程不适用深埋工程48存在静水压力的初始应力生成模型模型尺寸尺寸单元单元数量数量饱和饱和密密度度KGcf fu水位线水位线孔隙率孔隙率112(m
24、3)112200030MPa10MPa10kPa150.351m0.5gen zon bri size 1 1 2model mprop bulk 3e7 shear 1e7 c 10e10 f 15 ten 1e10fix z ran z 0fix x ran x 0fix x ran x 1fix y ran y 0fix y ran y 1ini dens 2000 ran z 0 1ini dens 1500 ran z 1 2ini szz -35e3 grad 0 0 20e3 ran z 0 1ini syy -17.5e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 1ini
25、sxx -17.5e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 1ini szz -15e3 grad 0 0 15e3 ran z 1 2ini syy -7.5e3 grad 0 0 7.5e3 ran z 1 2ini sxx -7.5e3 grad 0 0 7.5e3 ran z 1 2ini pp 10e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 1set grav 0 0 -10Step = 83s sz = -33.75e3s sx = -23.21e3r rd = r rs nsr rw例7.5Apply/IniP10849水下建筑的初始应力生成模型模型尺寸尺寸单元单
26、元数量数量饱和饱和密密度度KGcf fu水位线水位线112(m3)112200030MPa10MPa10kPa150.353mgen zon bri size 1 1 2model mprop bulk 3e7 shear 1e7 c 10e10 f 15 ten 1e10fix z ran z 0fix x ran x 0fix x ran x 1fix y ran y 0fix y ran y 1ini dens 2000 ran z 0 2ini szz -50e3 grad 0 0 20e3 ran z 0 2ini syy -30e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2i
27、ni sxx -30e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2ini pp 30e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 2app nstress -10e3 ran z 2set grav 0 0 -10solveStep = 83s sz = -50e3s sx = -32.1e3例7.6顶部静水压力顶部静水压力50深埋工程的初始应力生成例7.7，7.8v构造应力场和自重应力场的叠加构造应力场和自重应力场的叠加v无真正的位移边界条件和力边界条件无真正的位移边界条件和力边界条件v模型内应力重分布是应力与自重应力相平衡的结果，模型内应力重分布是应力与自重应力相平衡的结果，初
28、始应力场即自重应力场初始应力场即自重应力场v李仲奎李仲奎/戴荣（戴荣（2002）提出快速应力边界法（）提出快速应力边界法（S-B法）法）模型模型尺寸尺寸单元单元数量数量密度密度KGxx=yyZZ60*60*120(m3)6*6*10250010e10Pa10e10Pa1000MPa100MPa51初始应力检查办法v初始初始应力的力的计算算时间不会不会“非常非常长”v经常常检查模型的响模型的响应plo con szz (syy, sxx)应力场plo con zdis (ydis, xdis)位移场plo blo sta屈服状态plo gpfix red sk速度约束条件plo fap red
29、sk体力plo hist (unbal)不平衡力plo interface nstress (sstress)接触面单元学习经验和建议v了解了解FLAC3D的使用范的使用范围、优点和局限性点和局限性v由由简到繁，循序到繁，循序渐进v充分利用手册充分利用手册v了解了解计算中每条算中每条语句的含句的含义v多做数多做数值试验v夯夯实知知识基基础v相互交流，取相互交流，取长补短短53主要内容v软件介件介绍v快速入快速入门v基本原理基本原理v静力静力计算算vFISH语言言v接触面接触面单元元v结构构单元及元及应用用v流固耦合分析流固耦合分析v非非线性性动力分析力分析v自定自定义本构模型本构模型54FIS
30、H语言简介v软件自件自带的的编程程语言言 v是否一定要学？是否一定要学？视情况而定，需要时查询FISH变量即可v语法法简单（变量量/函数函数/运算符运算符/浮点数浮点数/字符串等字符串等）xxxend_xxxv注意事注意事项语法严谨，保留字不可缩写变量可不定义，因此注意检查程序print fishtable, extra等命令使用文本文件，后缀.txt .fis例8.1Fish基本概念v函数和函数和变量量n二者都要在二者都要在fish中赋值：与常规语言类似，按运算符优先级先后顺序中赋值：与常规语言类似，按运算符优先级先后顺序执行执行n数据类型规则：类型对应数据类型规则：类型对应n命名规则：不能
31、以数字开头，不含中文，且不能包含下列符号命名规则：不能以数字开头，不含中文，且不能包含下列符号 n变量变量/函数名不能与保留字相冲突：不用简单的单词（函数名不能与保留字相冲突：不用简单的单词（P4）n不能递归调用不能递归调用n作用全局：避免在不同的函数中有相同的变量作用全局：避免在不同的函数中有相同的变量n命令命令：PRINT/HISTORY/SETv数据数据类型：型：整型整型/浮点型浮点型/字符型（以字符型（以为分界符）分界符）/指指针型型Fish主要语句v选择 Caseof 表达式表达式 . case n1 . case n2 . ENDCASEv条件条件 IF 条件表达式条件表达式 th
32、en . else . ENDIF K+4/3G)湿法：耦合体系的短期行为（必须渗流模式）使用排水的K, c,若SET fluid off, Biot_mod(fmod)真实例12.5v实例：例：载荷引起的地基土体的起孔隙水荷引起的地基土体的起孔隙水压力力地基土的宽度为20m，高度为10m，采用弹性模型。地基土表面为透水边界条件，孔压固定为0。地基土表面3m的范围内缓慢施加40kPa，载荷。计算土体超孔隙水压力孔压分布图、节点荷载vplot con pp plane ou onvplot add fap red plane垂直位移、位移矢量图vPlot con zdis out on plan
33、evplot add dis plane例12.5115流-固耦合计算vCONFIG fluid; M(Kf); K(渗透系数渗透系数) 真真实，则FLAC3D默默认耦合耦合计算算pevsevpv预估流估流/力特征力特征时间，力学，力学扰动可可认为瞬瞬时发生生v耦合耦合计算前先达到一个平衡状算前先达到一个平衡状态SET fluid on mech off; SET fluid off mech on; STEPSET mech force; SET mech substep n auto; SET fluid substep m (=1)STEP:渗流步足够小116流固耦合的计算方法v手手动调
34、整的整的STEP求解求解SET fluid on mech offSTEP n1SET fluid off mech onSTEP n2v主从主从进程的程的SOLVE求解求解SET mech forceSET mech substep n auto (从进程)SET fluid substep m(主进程)SOLVE agev自自动STEP求解求解STEP/slove117渗流问题(CONFIG fluid)分析步骤v时间比例比例(ts, tc)稳态不排水状态相当v扰动类型型力学扰动孔压扰动v流固流固刚度比度比Rk是否1v完全耦合模式完全耦合模式时间比例相当；力学扰动118心墙土坝的渗流 (1
35、)网格模型初始孔压例12.6v问题描述：土坝中存在一道粘土心墙，心墙渗透系数远底于土体的渗透系数，可认为是不透水材料。v分三步进行：第1步，水位未上升时的应力场、孔压场119心墙土坝的渗流 (2)第二步：水位上升对模型应力影响。渗流场关闭竖向应力沉降例12.7120心墙土坝的渗流 (3)第三步：施加孔压边界，升高迎水面的孔压值，并在背水面设置透水的孔压边界条件。例12.8孔隙水压力、矢量图121真空预压的简单模拟v孔压边界条件孔压边界条件vtstc长期分析(排水)vRk1骨架很软v孔压扰动孔压扰动进行biot_mod调整砂层软土层粘土层PVD2m8m10m例12.8真空预压的简单模拟粘土层表面
36、沉降，约5cm地表沉降，约30cm沉降历时曲线孔压云图123主要内容v软件介件介绍v快速入快速入门v基本原理基本原理v静力静力计算算vFISH语言言v接触面接触面单元元v结构构单元及元及应用用v流固耦合分析流固耦合分析v非非线性性动力分析力分析v自定自定义本构模型本构模型概述vConfig dynamicv与其他与其他场的耦合的耦合结构单元耦合流体计算耦合热力学计算耦合v大大变形模式形模式v外部和内部荷外部和内部荷载外部：地震内部：爆破脉冲荷载；落锤冲击荷载；交通荷载等125完全非线性的动力分析v动力荷力荷载v动力力边界条件界条件v力学阻尼与滞回阻尼力学阻尼与滞回阻尼v地震波的地震波的调整整动
37、力载荷v模型模型边界或内部界或内部节点施加点施加动载荷：加速度荷：加速度时程；速度里程；程；速度里程；应力（力（压力）力）时程；集中力程；集中力时程程加速度时程曲线作用在炮孔壁上的爆破脉冲荷载时程曲线 动力荷载v两种加两种加载方式：方式：fish函数；函数；table表。表。def xxxxxx=.dytimeendapp xvel=1.0 hist xxx rangefish函数函数y列均匀间隔的表列均匀间隔的表第1列：表的名称第2列：数据对的个数 空格 时间间隔第3列 ：y列的第1个数据第4列 ：y列的第2个数据空行分别给出分别给出x, y数据对的表数据对的表第1列：表的名称第2列：x1
38、空格 y1第3列：x2 空格 y2空行动力时间步v临界界时间步步v不建不建议放大放大v动态多步多步 set dyn multi onv材料密度必材料密度必须设置置vFish函数和函数和变量名必量名必须一致一致v案例：案例：动态时步步v问题描述：土体的深度描述：土体的深度为10m，挡土土墙的高度的高度为5m。例11.1130Quiet边界v静静态(quiet,粘性粘性)边界界Lysmer and Kuhlemeyer(1969) 模型边界法向和切向设置独立的阻尼器v性能性能对于法向p波和s波能很好的吸收对于倾斜入射的波和Rayleigh波也有所吸收，但存在反射人工边界仍应当足够远131Quiet
39、边界应用v内部振内部振动(如隧道中的列如隧道中的列车振振动问题/爆破爆破)动力荷载直接施加在节点上使用Quiet边界减小人工边界上的反射不需要FF边界v外部荷外部荷载的底部的底部边界界软土地基上的地震荷载不适合用加速度或速度边界条件使用应力条件t = -2Csrvsv地震底部地震底部输入的入的侧向向边界界扭曲了入射波quietquietquietv案例：案例：静态边界的例子v问题描述：描述：一根竖直的弹性杆，高50，宽1。杆的底部设置静态边界条件，杆的顶部为自由表面，杆的底部施工水平方向的应力冲击载荷。例11.2桩的动力学响应134Free-field边界vCundall et al. (19
40、80)v自由自由场网格与主体网格的耦合粘性阻尼器，自由网格与主体网格的耦合粘性阻尼器，自由场网格的不网格的不平衡力施加到主体网格平衡力施加到主体网格边界上界上v设置条件置条件底部水平，重力方向为z向侧面垂直，法向分别为x, y向其他边界条件在APPLY ff之前去掉模型底部静力约束条件施加静态边界条件施加动力荷载施加自由场边界条件例11.3135力学阻尼v瑞利瑞利(rayleigh)阻尼阻尼假设阻尼与质量、刚度的线性关系参数确定简单(等价平均应变=60%*emax)中心频率(共振计算，地震平均频率)临界阻尼比（0.5%）计算速度慢v局部局部(local)阻尼阻尼FLAC3D的静力分析阻尼参数简
41、单适合简单情况/高频噪声例11.4136滞回阻尼(Hysteretic Damping)v模模拟岩土介岩土介质的的动模量衰减曲模量衰减曲线vinitial damp hysteretic namesig3 (3参数)sig4 (4参数)Hardin(1参数)(哈丁模型)Default（2参数)v优点点直接采用模量降级曲线阻尼比不会影响时间步v缺点缺点输出的曲线会不一致137主要内容v软件介件介绍v快速入快速入门v基本原理基本原理v静力静力计算算vFISH语言言v接触面接触面单元元v结构构单元及元及应用用v流固耦合分析流固耦合分析v非非线性性动力分析力分析v自定自定义本构模型本构模型138自定义
42、本构模型的基本方法v必要性必要性试验总结的本构模型特定条件下的本构模型交叉学科的本构模型v二次开二次开发环境境v自定自定义本构模型的功能本构模型的功能v自定自定义本构模型的基本方法本构模型的基本方法139二次开发环境vFLAC3D采用面向采用面向对象的象的语言言标准准C+编写写v本构模型都是以本构模型都是以动态连接接库文件文件(.DLL文件文件)的形式的形式提供提供vVC+2005或更高版本的开或更高版本的开发环境境v优点点自定义的本构模型和软件自带的本构模型的执行效率处在同一个水平 自定义本构模型(.DLL文件)适用于高版本的FLAC(2D)、3DEC、UDEC等其他Itasca软件中140
43、自定义本构模型的功能v主要功能：主要功能：对给出的出的应变增量得到新的增量得到新的应力力v辅助功能：助功能：模型名称、版本读写操作v模型文件的模型文件的编写写基类(class Constitutive Model)的描述成员函数的描述模型的注册模型与FLAC3D之间的信息交换模型状态指示器的描述 141自定义本构模型的基本方法v头文件文件(usermodel.h)中中进行新的本构模型派生行新的本构模型派生类的声的声明明修改模型的ID(100)、名称和版本修改派生类的私有成员vC+文件文件(usermodel.cpp)中修改模型中修改模型结构构(UserModel:UserModel(bool
44、bRegister): ConstitutiveModel)vconst char *UserModel:Properties()函数函数模型的参数名称字符串vconst char *UserModel:States()函数函数计算过程中的状态指示器142自定义本构模型的基本方法vdouble UserModel:GetProperty()和和void UserModel: SetProperty()函数函数vconst char * UserModel:Initialize()函数函数参数和状态指示器的初始化，并对派生类声明中定义的私有变量进行赋值vconst char * UserMode
45、l:Run() 函数函数由应变增量计算得到应力增量，从而获得新的应力vconst char * UserModel:SaveRestore()函数函数对计算结果进行保存。v程序的程序的调试在VC+的工程设置中将FLAC3D软件中的EXE文件路径加入到程序的调试范围中，并将FLAC3D自带的DLL文件加入到附加动态链接库(Additional DLLs)中，然后在Initialize()或Run()函数中设置断点，进行调试；在程序文件中加入return()语句，这样可以将希望得到的变量值以错误提示的形式在FLAC3D窗口中得到。143一个例子(Duncan-Chang)144其他成功的例子v南京
46、水科院双屈服面模型南京水科院双屈服面模型145学习方法v如何快速入如何快速入门？Getting started ; Problem Solving with FLAC做小例子熟悉基本命令和操作v如何提高？如何提高？细看需求的计算模块了解理论多讨论v需要多需要多长时间？1week可以入门花更多的时间才能提高More times, more gains.146边坡安全系数求解v强度折减法：数度折减法：数值模模拟方法方法/安全系数法安全系数法v80年代出年代出现，90年代末成年代末成为热点点v边坡坡临界破坏界破坏时，岩土体抗剪，岩土体抗剪强度的折减程度度的折减程度v失失稳判据：判据：数值计算收敛性特
47、征部位位移突变特征部位位移突变塑性区贯通塑性区贯通v自自编强度折减法度折减法例14.1例14.2案例1烟台五卒山隧道施工工法优化研究案例1烟台五卒山隧道施工工法优化研究案例1烟台五卒山隧道施工工法优化研究案例1烟台五卒山隧道施工工法优化研究垂直方向初始地应力围岩物理力学参数案例1烟台五卒山隧道施工工法优化研究CRD法开挖第一步双侧壁导坑法开挖第四步案例1烟台五卒山隧道施工工法优化研究洞周径向注浆范围为5米案例1烟台五卒山隧道施工工法优化研究初期支护设计案例1烟台五卒山隧道施工工法优化研究初期支护简化为梁单元案例1烟台五卒山隧道施工工法优化研究各开挖步位移云图(双侧壁导坑法)案例2济南西客站站前
48、广场复合土钉墙基坑支护正在施工的济南西客站站前广场案例2济南西客站站前广场复合土钉墙基坑支护建模说明土钉预应力锚索土体案例2济南西客站站前广场复合土钉墙基坑支护v初始地初始地应力：力：自重自重场，不考，不考虑构造地构造地应力。力。v土体物理力学数：土体物理力学数：案例2济南西客站站前广场复合土钉墙基坑支护边界条件案例2济南西客站站前广场复合土钉墙基坑支护简化为平面应变问题案例2济南西客站站前广场复合土钉墙基坑支护简化为平面应变问题案例2济南西客站站前广场复合土钉墙基坑支护计算模型案例2济南西客站站前广场复合土钉墙基坑支护以方案二为例分析计算结果案例2济南西客站站前广场复合土钉墙基坑支护以方案二
49、为例分析计算结果随基坑开挖基坑坑底和边坡有向上、向内反弹变形的趋势。案例2济南西客站站前广场复合土钉墙基坑支护以方案二为例分析计算结果v地表沉降曲线形如降水漏斗形。坑顶边缘出现变形向上反弹，向上位移值为31.82mm。最大沉降值为-4.10mm，出现在离基坑边缘约20m的位置。案例2济南西客站站前广场复合土钉墙基坑支护以方案二为例分析计算结果v按1:0.8比例放坡，坡角较小，基坑开挖坡面出形整体向上反弹趋势。整个坡面变形是上小下大，最大变形出现中下部。坑顶向基坑外变形-5.48mm。最大变形出在基坑深度12 m处，接近坑脚的位置，最大水平水移值30.89 mm。案例2济南西客站站前广场复合土钉
50、墙基坑支护以方案二为例分析计算结果v隆起曲线形如抛物线，最小值出现在坑脚位置，是因为受到基坑外土体的约束作用，隆起值为83.07 mm。最大值出现在距坡脚约12 m处，最大值为112.03 mm。 案例2济南西客站站前广场复合土钉墙基坑支护土钉与锚索轴力方案三方案五案例2济南西客站站前广场复合土钉墙基坑支护v基坑开挖引起的地表沉降曲线形如降水漏斗形。最大沉降值为-4.00-6.00mm，出现在离基坑边缘约1620m的位置。基坑开挖卸荷对基坑最大影响范围在60 m之内。v整个坡面变形是呈现上小下大规律，最大变形出现中下部。最大水平位移分别为3060 mm。均小于0.4%H允许变形值。v方案一、方
51、案二对比分析可得， 1-1剖面支护加强段预应力锚索减少基坑水平变形效果较明显，深度10m位置减小变形量8.02%，深度8m位置减小变形量20.00%，深度6m位置减小变形量34.78%。 v基坑开挖完成后，土钉轴力形如枣核形，中间大两端小，轴力较小。锚索轴力形如大头针形，锚固段大，自己段小。方案二、方案四、方案五预应力锚索最大轴力分别为137.7 KN、141.7 KN、172.6KN。案例2济南西客站站前广场复合土钉墙基坑支护 案例 3双江口水电站地下洞群 爆破响应研究爆破响应研究爆破响应研究爆破响应研究 案例3双江口水电站地下洞群 案例4 关洲水电站边坡 案例4关洲水电站边坡 单位介绍http:/
