巧用FLAC3D與元胞自動機(jī)耦合進(jìn)行巖土工程不確定性分析

1、計算分析 巧用FLAC3D與元胞自動機(jī)耦合進(jìn)行巖土工程不確定性分析 復(fù)制鏈接 benjackxu benjackxu 當(dāng)前離線 最后登錄2013-5-23在線時間1538 小時技術(shù)積分32 仿真幣2267 注冊時間2004-8-30閱讀權(quán)限100帖子2116精華3積分32UID64415IP卡 狗仔卡 182主題15好友 32積分版主仿真幣2267 閱讀權(quán)限100積分32帖子2116發(fā)消息電梯直達(dá) 1# 發(fā)表于 2007-3-2 22:35:58 |只看該作者 |倒序瀏覽 最近看到有人在PFC2d/PFC3D板塊發(fā)布了采用PFC3D建立的假三維的巖、土體網(wǎng)格模型，跟我原先的做得一個報告很有類似

2、之處，加上現(xiàn)在混凝土以及巖土材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)模擬很是流行，比如香港大學(xué)的岳中琦教授以及東北大學(xué)的唐春安教授等是這方面的佼佼者。所以，我把我采用FLAC3D和元胞自動機(jī)耦合模擬冰磧土結(jié)構(gòu)并進(jìn)行強(qiáng)度模擬的經(jīng)驗分享給大家。; l: d1 W+ y2 d冰磧土結(jié)構(gòu)的模擬是采用元胞自動機(jī)模型進(jìn)行模擬，由于元胞自動機(jī)程序涉及商業(yè)機(jī)密，不便提供給大家。下面是采用元胞自動機(jī)模擬的冰磧土結(jié)構(gòu)，為少占用版面，只貼出少量圖片。' R7 R. p  n- C& o在圖中,黑色部分代表礫石，其他部分為土體。由于元胞自動機(jī)是采用方格來表示元胞的，因而其提供的模擬試體是由方格網(wǎng)組成的，即元胞

3、自動機(jī)模擬的冰磧土試體已經(jīng)被離散為網(wǎng)格單元。需要說明的是冰磧土結(jié)構(gòu)的元胞自動機(jī)模擬不同于采用隨機(jī)模擬即隨機(jī)投放骨料（混凝土材料結(jié)構(gòu)模擬常用的方式）的方式進(jìn)行，原因在于冰磧土的沉積規(guī)律無法用方程描述，亦無法確定其分布函數(shù)，而且礫石隨機(jī)團(tuán)聚特性是無法采用蒙特卡羅方法模擬實現(xiàn)的。因此，冰磧土結(jié)構(gòu)的模擬無法在FLAC3D中通過產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)制定網(wǎng)格的ID號實現(xiàn)礫石單元和土體單元的分組。需采用他法模擬其結(jié)構(gòu)后導(dǎo)入FLAC3D。4 p0 Y( L+ % C( l2 K( Y" P& C& o$ B6 p, Q, V 本帖最后由 benjackxu 于 2007-3-2 22:41 編

4、輯 1.JPG (24.79 KB, 下載次數(shù): 31) 2007-3-2 22:35 上傳點擊文件名下載附件礫石含量40%2.JPG (26.06 KB, 下載次數(shù): 14) 2007-3-2 22:35 上傳點擊文件名下載附件礫石含量60%1 查看全部評分freddie_1999不確定性, 工程, 耦合, 巖土, 自動機(jī)分享0 收藏2 贊0 不支持0 相關(guān)帖子 高拱壩數(shù)值分析（精華）要求加分！ 討論關(guān)于模型不確定性 求教：網(wǎng)格劃分的不確定性給結(jié)果帶來的影響！ 探討FLAC3D進(jìn)行不確定性分析能力的不足 用Fluent計算出來的結(jié)果有很大的不確定性，那位大蝦幫我解釋一下？ 2008年華南有限

5、元分析研討會 GeoStudio工程應(yīng)用實例下載（視頻操作和中文PPT說明文件）(連載至108) 工程實例分析 因為阻尼的不確定性，是不是動態(tài)載荷下的應(yīng)力誤差都非常大？ Maxwell12.1求電容解的不確定性知止而后有定，定而后能靜，靜而后能安，安而后能慮，慮而后能得?；貜?fù) 使用道具 舉報 提升卡沉默卡喧囂卡變色卡搶沙發(fā)千斤頂顯身卡benjackxu benjackxu 當(dāng)前離線 最后登錄2013-5-23在線時間1538 小時技術(shù)積分32 仿真幣2267 注冊時間2004-8-30閱讀權(quán)限100帖子2116精華3積分32UID64415IP卡 狗仔卡 182主題15好友 32積分版主仿真幣

6、2267 閱讀權(quán)限100積分32帖子2116發(fā)消息2# 發(fā)表于 2007-3-2 22:45:08 |只看該作者 對于冰磧土元胞自動機(jī)模型如何導(dǎo)入FLAC3D，我在去年7月份的一個晚上突發(fā)靈感，想到了下面的辦法：( B+ o7 U  F) S1 x; |, 元胞自動機(jī)程序與FLAC3D的輸出輸入格式存在差異，使得“制備”的試樣元胞自動機(jī)模型不能直接導(dǎo)入到FLAC3D中。元胞自動機(jī)程序“制備”試樣所輸出的.bak文件，包含信息為礫石單元的ID號，以阿拉伯?dāng)?shù)字表示。輸出雖然簡單，卻包含了某次冰磧土隨機(jī)演化生成結(jié)果的全部信息，并非簡單意義上的數(shù)字隨機(jī)抽取。如能將這些ID號在FLA

7、C3D網(wǎng)格單元中實現(xiàn)與其它ID號的區(qū)分，那么礫石與土體的區(qū)分即可實現(xiàn)，這樣，礫石與土體的區(qū)分問題就轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€純數(shù)學(xué)問題。不過，要實現(xiàn)這個數(shù)學(xué)問題有個前提條件，即元胞自動機(jī)程序與FLAC3D的網(wǎng)格單元編號規(guī)則需一致。由于這個問題已經(jīng)在元胞自動機(jī)程序的開發(fā)過程中予以考慮，所以并不存在技術(shù)障礙。如何在FLAC3D實現(xiàn)礫石與土體的區(qū)分以及模型的網(wǎng)格剖分，現(xiàn)有兩種辦法，下面以一簡單實例說明這兩種方法的實現(xiàn)過程。例如：模型尺寸為10×10×0.2m，剖分為20個網(wǎng)格單元，要求指定ID號為1，10，12，16，20的網(wǎng)格單元為礫石單元，其它為土體單元。網(wǎng)格模型的生成命令流如下：% # (

8、 Z) i& d, u' 5 u( n. K  z( * X1 m# % T# J0 Zgen zone brick &6 J' + F% p5 y7 z0 D* I+ Ip0 0 0 0 p1 add 10 0 0 p2 add 0 10 0 p3 add 0 0 0.2 &* C7 ) E5 0 M& y, m" l, v. msize 5 4 1% b* l: A2 A9 / * cplot block group id on: G  + n1 $ s# r* O; L- E; D+ % Y

9、: x1 u0 W7 J附圖為顯示單元ID的網(wǎng)格模型圖，從圖中可看出，模型尚未實現(xiàn)礫石與土體的區(qū)分。3.JPG (63 KB, 下載次數(shù): 19) 2007-3-2 22:45 上傳點擊文件名下載附件知止而后有定，定而后能靜，靜而后能安，安而后能慮，慮而后能得。點評回復(fù) 使用道具 舉報 顯身卡benjackxu benjackxu 當(dāng)前離線 最后登錄2013-5-23在線時間1538 小時技術(shù)積分32 仿真幣2267 注冊時間2004-8-30閱讀權(quán)限100帖子2116精華3積分32UID64415IP卡 狗仔卡 182主題15好友 32積分版主仿真幣2267 閱讀權(quán)限100積分32帖子211

10、6發(fā)消息3# 發(fā)表于 2007-3-2 22:53:49 |只看該作者 元胞自動機(jī)模型導(dǎo)入FLAC3D的方法我稱之為EXPGRID&IMPGRID法，具體辦法是采用EXPGRID命令將最初的未分組網(wǎng)格單元信息導(dǎo)出，存為.FLAC3D文件，然后用記事本打開，對其進(jìn)行內(nèi)容添加，添加內(nèi)容為礫石單元ID號，保存，最后采用IMPGRID命令導(dǎo)入FLAC3D進(jìn)行分組。這一方法的具體操作及命令流如下：& R- q2 D0 Z& z" _gen zone brick &  M3 " u0 P- x    p0 0 0

11、0 p1 add 10 0 0 p2 add 0 10 0 p3 add 0 0 0.2 &2 c4 ( W/ c; U+ j7 p# G! p! s  E' l    size 5 4 1/ l- R/ W: n6 l$ l5 v, B1 F4 u    plot block group id on# _' y$ 8 L  U2 7 j- W/ z, L    expgrid 112 q! b4 q. $ |$ ) f! y4 r生成初始網(wǎng)格模型，導(dǎo)出為11.FLAC3

12、D文件，內(nèi)容如下：* K4 c$ j0 n: : D! SFLAC3D grid produced by FLAC3D& C$ 8 J3 U8 g: P* GRIDPOINTS8 D# Z. 6 G+ r1 t. G 1 0.000000000e+000 0.000000000e+000 0.000000000e+0007 H6 v) i' Q- / G. c/ f! G 2 2.000000000e+000 0.000000000e+000 0.000000000e+0009 |$ p1 h2 r$ V6 I# a+ c4 S * a. 6 d' C0 c0 Q) $

13、 c1 kG 59 1.000000000e+001 1.000000000e+001 0.000000000e+000- v5 K* X# B+ ' |G 60 1.000000000e+001 1.000000000e+001 2.000000000e-001$ L  ?8   Z" F' _* C2 I* ZONES% k9 B: n5 ) g$ Z B8 1 1 2 3 4 5 6 7 8- I& l3 " f. Z9 IZ B8 2 2 9 5 7 10 8 11 120 U! 8 c' 8

14、a8 _ ) A' d, |; O( , J% n, k4 y; A. Z B8 19 43 45 55 44 57 56 46 58/ C* j+ f1 K5 9 i, xZ B8 20 45 47 57 46 59 58 48 60# l- * Z: w+ a. q' Z. Z* GROUPS0 Y6 V; |) i  V3 f: n$ Z5 N+ |8 E, R+ M5 L1 S7 U* k在上述文件中添加代表礫石單元信息的ID號，0 L" w- j( s0 c( ?ZGROUP ROCK ( W/ S5 6 s3 P4 ?6 E3 i1 1

15、0 12 16 20+ z* ?' % 4 K- J/ T7 B; A保存，然后采用IMPGRID命令導(dǎo)入修改后的11.FLAC3D文件，在FLAC3D中分組，+ m$ z: h; E4 q$ himpgrid 11# q% d4 C- y/ p$ |5 |group soil range rock not5 p! H7 U$ 4 j: n5 I! c得到附圖所示相同的網(wǎng)格模型：4.JPG (88.75 KB, 下載次數(shù): 17) 2007-3-2 22:53 上傳點擊文件名下載附件知止而后有定，定而后能靜，靜而后能安，安而后能慮，慮而后能得。點評回復(fù) 使用道具 舉報 顯身卡benja

16、ckxu benjackxu 當(dāng)前離線 最后登錄2013-5-23在線時間1538 小時技術(shù)積分32 仿真幣2267 注冊時間2004-8-30閱讀權(quán)限100帖子2116精華3積分32UID64415IP卡 狗仔卡 182主題15好友 32積分版主仿真幣2267 閱讀權(quán)限100積分32帖子2116發(fā)消息4# 發(fā)表于 2007-3-2 22:55:01 |只看該作者 實現(xiàn)冰磧土元胞自動機(jī)模型導(dǎo)入FLAC3D之后便可對之施加邊界約束條件，進(jìn)行三軸數(shù)值模擬試驗了。附件一為某一礫石含量下的礫石單元ID號文件，附件二為為分組前采用EXPGRID命令導(dǎo)出的網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件。大家可以按前述辦法將礫石單元ID號文

17、件加入到網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件中保存，并采用附件三提供的三軸數(shù)值命令流進(jìn)行數(shù)值模擬試驗。* p( O. d+ Y% A7 j9 i2 v4 Y在計算結(jié)束后的FLAC3D界面上可以很直觀地觀察到軸向應(yīng)力位移曲線上的“屈服點”以及相應(yīng)的軸向應(yīng)力大小，因此，通過它可獲得與之一一對應(yīng)的其它相關(guān)數(shù)據(jù)，然后依據(jù)下述方法求取抗剪強(qiáng)度和變形參數(shù)。5 P. Z. C: q, J0 k2 j（1）由“屈服點”對應(yīng)的軸向應(yīng)力和側(cè)向應(yīng)力大小，在Autocad中繪制主應(yīng)力莫爾圓，依據(jù)常規(guī)三軸試驗力學(xué)公式求得抗剪強(qiáng)度參數(shù)；, A6 N( z' B* ' X8 H7 k; p（2）由各測點的應(yīng)變增量平均值，繪制應(yīng)力差

18、與應(yīng)變增量的關(guān)系曲線，然后根據(jù)該曲線計算出彈性模量；, l( N; r8 J+ 2 L9 L% " a（3）由軸壓方向測點與側(cè)壓方向測點的應(yīng)變平均值，計算出泊松比。+ X+ E7 v: _6 Q% R6 P$ _( ?/ E; 5 H  N+ ) L1 f采用這種辦法最終可以得到多組由冰磧土抗剪強(qiáng)度參數(shù)構(gòu)成的抗剪強(qiáng)度樣本。這樣，就可以對這些樣本進(jìn)行統(tǒng)計分析，確定其分布類型，從而建立其抗剪強(qiáng)度概率模型了。知止而后有定，定而后能靜，靜而后能安，安而后能慮，慮而后能得。點評回復(fù) 使用道具 舉報 顯身卡benjackxu benjackxu 當(dāng)前離線 最后登錄2013-5

19、-23在線時間1538 小時技術(shù)積分32 仿真幣2267 注冊時間2004-8-30閱讀權(quán)限100帖子2116精華3積分32UID64415IP卡 狗仔卡 182主題15好友 32積分版主仿真幣2267 閱讀權(quán)限100積分32帖子2116發(fā)消息5# 發(fā)表于 2007-3-2 23:13:37 |只看該作者 這個方法的核心在于FLAC3D的網(wǎng)格數(shù)據(jù)格式，它是由點、單元和組構(gòu)成的，要實現(xiàn)不同材料的分組，即要對單元的ID號進(jìn)行分組。由于FLAC3D中，組是同類型材料單元ID組成的，那么對于未分組的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，賦予某個名字：如ZGROUP ROCK，然后在后面給出某材料單元的ID號，保存好文件之后，再i

20、mprgid入FLAC3D即實現(xiàn)不同材料在FLAC3D中的分組。; l( r# v: _+ d寫到這里才發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)LAC3D 238之后的版本開發(fā)出exprgid和imprgid命令，真是一大貢獻(xiàn)，可以實現(xiàn)很多想法。0 ( 9 Y0 t+ & 需要說明的是，我這個三軸數(shù)值模擬試驗中，沒有考慮礫石與土體之間的膠結(jié)強(qiáng)度，不是在FLAC3D中無法實現(xiàn)（因為實現(xiàn)了材料分組，在某個材料網(wǎng)格模型表明建立界面單元是十分容易的事情），而是沒有試驗條件，無法獲得兩者之間的膠結(jié)強(qiáng)度。$ l" z7 , h; l. n& d$ U4 C; n    1 - g; _4 m/ g& k, S: U! B最后提供一個復(fù)雜點的例子，大家試驗一把看看？- V* |. Z0 I% e# y2 5 大家下載后，可以比較一下文件名為“初始網(wǎng)格數(shù)據(jù)”和“1”（均可以用記事本打開，關(guān)注最后