FLAC3D在岩土工程中的应用 报告人：陈育民 导    师：刘汉龙  河海大学岩土工程研究所  ymch@max.book118.com lakewater@126.com 主要内容 FLAC3D软件简介 FLAC3D的基本原理 FLAC3D的前后处理 流-固耦合分析 接触单元与应用 完全非线性的动力分析 自定义本构模型的基本方法 结构单元及应用 主要内容 FLAC3D软件简介 FLAC3D的基本原理 FLAC3D的前后处理 流-固耦合分析 接触单元与应用 完全非线性的动力分析 自定义本构模型的基本方法 结构单元及应用 FLAC3D简介 Fast Lagrangian Analysis of Continua 美国Itasca咨询公司开发2D程序(1986) 1990年代初引入中国 有限差分法(FDM) DOS版→2.0 →2.1 →3.0 Itasca其他软件 FLAC3D简介 应用： 岩土力学分析，例矿体滑坡、煤矿开采沉陷预测、水利枢纽岩体稳定性分析、采矿巷道稳定性研究等 岩土工程、采矿工程、水利工程、地质工程  特色： 大应变模拟 完全动态运动方程使得FLAC3D在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍  显示求解具有较快的非线性求解速度 主要内容 FLAC3D软件简介 FLAC3D的基本原理 FLAC3D的前后处理 流-固耦合分析 接触单元与应用 完全非线性的动力分析 自定义本构模型的基本方法 结构单元及应用 基本原理 有限差分法 Lagrangian网格 空间混合离散技术 Lagrangian格式动量平衡方程 FLAC3D的求解过程 FLAC3D的本构模型 有限差分法 古老的方法(上世纪40年代) 用差分格式转化控制方程中的微商格式 流体力学；土工渗流问题；固结 FDM & FEM的混合求解 FDM的新进展 Lagrangian网格 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 节点和单元随材料移动，边界和接触面与单元的边缘一致 固体力学大变形理论 空间混合离散技术 结构域离散为可由四面体单元组合形成的五面体或六面体等单元 以            为基本单元(常应力、常应变)  体应变的计算：  偏应变的计算： 空间混合离散技术 Lagrangian格式动量平衡方程 Case-1自由落体的模拟 Case-1自由落体的模拟(movie) FLAC3D的求解过程 FLAC3D中的本构模型 开挖模型null  3个弹性模型 各向同性弹性 横观各向同性弹性 正交各向同性弹性  8个塑性模型（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、修正剑桥模型和胡克布朗模型）  FLAC3D中的本构模型 主要内容 FLAC3D软件简介 FLAC3D的基本原理 FLAC3D的前后处理 流-固耦合分析 接触单元与应用 完全非线性的动力分析 自定义本构模型的基本方法 结构单元及应用 FLAC3D的前后处理 命令驱动(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 菜单驱动(计算模式) 菜单驱动(Plot) Case-2 一个最简单的例子 gen zon bri size 3 3 3  ;建立网格 model elas                   ;材料参数 prop bulk 3e8 shear 1e8 ini dens 2000               ;初始条件 fix z ran z -.1 .1            ;边界条件 fix x ran x -.1 .1 fix x ran x 2.9 3.1 fix y ran y -.1 .1 fix y ran y 2.9 3.1 set grav 0 0 -10 solve                             ;求解 app nstr -10e4 ran z 3 x 1 2 y 1 2 solve 前后处理功能的优点 多种zone类型 后处理快捷、方便、丰富 计算过程中的hist变量动态显示 FISH可进行参数化模型设计 单元状态的可编程 计算暂停时的后处理与可保存 前后处理功能的缺点 复杂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、GeoCAD) 无等值线的后处理功能(3D) 可编程将.sav文件写入TecPlot等其他后处理软件 全命令操作，学习困难 鼠标功能单一(双击取击点坐标) 主要内容 FLAC3D软件简介 FLAC3D的基本原理 FLAC3D的前后处理 流-固耦合分析 接触单元与应用 完全非线性的动力分析 自定义本构模型的基本方法 结构单元及应用 流-固耦合分析(单相流) 基本功能 理论框架 计算模式 渗流边界条件，初始条件 单渗流计算及渗流耦合计算  基本功能 渗流各向同性、各向异性 不同的渗流模型和属性 流体压力，涌入量，渗漏量和不渗水边界 抽水井、点源、体积源 饱和渗流可采用显式差分法、隐式差分法  非饱和渗流采用显式差分法 渗流-固体-热的耦合 流体和固体的耦合程度依赖于土体颗粒(骨架)的压缩程度，用Biot系数表示颗粒的可压缩程度。  循环荷载引起的动水压力变化和土体液化。 理论框架 准静态Biot理论  多孔介质中遵循Darcy定律的单相渗流 描述多孔介质中流体渗流的变量 孔隙水压力，饱和度，特定排水向量的三个分量  质量守恒定律 达西定律 本构定律 考虑流体响应孔隙水压力改变，饱和度改变，体积应变改变和温度改变  流-固耦合的计算模式 无渗流模式 孔压计算 有渗流模式 瞬态渗流分析 流-固耦合计算  无渗流模式 不设置CONFIG Fluid 孔压不改变 INITIAL pp WATER table WATER density SET gravity WATER table face 手动设置干湿密度 渗流边界条件，初始条件 默认的边界条件是不透水边界  孔隙压力自由(不透水边界 ) 固定孔隙水压力(透水边界)  如：井  孔隙压力，孔隙率，饱和度和流体属性的初始分布可以用INITIAL命令或者PROPERTY命令定义。  单渗流计算及渗流耦合计算  时间比例  完全耦合分析方法  孔压固定分析(有效应力分析)  单渗流得到孔压分布  无渗流计算——孔压的力学响应  流-固耦合计算  时间比例(scale) 力学过程的特征时间     流体扩散过程的特征时间  完全耦合分析方法 时间比例 短期行为 (不排水)  ts(分析时间)  tc(耦合扩散时间)  忽略渗流影响 长期行为 (排水) ts  tc 施加扰动的属性 流体扰动：渗流可不与力学过程耦合 力学扰动：耦合等级取决于流固刚度比 流固刚度比  单渗流得到孔压分布 用途：排水沟；抽水井；耦合计算 计算步骤 CONFIG fluid SET mech off SET fluid implicit on/off MODEL fl_; PROP  STEP; SOLVE age; SET fluid ratio SET fluid of

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