河海大學(xué)FLAC,FLACD基礎(chǔ)與應(yīng)用陳育民

1、1河海大學(xué)研究生課程巖土數(shù)值分析 2002年本科畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué) 2007年博士畢業(yè)于河海大學(xué) 2013.7-2014.7美國普渡大學(xué)訪問學(xué)者 2015.22015.5日本東京大學(xué)訪問學(xué)者 研究方向：土動力學(xué)與巖土地震工程土木工程防災(zāi)減災(zāi)巖土工程數(shù)值分析 聯(lián)系方式：32005-11-29 河海土木院研究生會組織2006-10-13 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院2006-10-26 河海大學(xué)金水節(jié)2007-04-15 東南大學(xué)交通學(xué)院2007-07-18 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院2007-11-03 河海大學(xué)巖土所組織FLAC學(xué)術(shù)沙龍2007-11-29 河南工業(yè)大學(xué)2008-11-15 河海大學(xué)河海金水

2、節(jié)培訓(xùn)2010-11-10 河海大學(xué)校慶報告2011-06-18 河海大學(xué)舉辦ITASCA技術(shù)與應(yīng)用專題（南京）研討會2011-10-16 河南理工大學(xué)2011-11-03 南京工業(yè)大學(xué)交通學(xué)院2011-11-24 河海大學(xué)土木與交通學(xué)院研究生會2011-06-18_ITASCA技術(shù)與應(yīng)用專題（南京）研討會2012-08-31_解放軍理工大學(xué)FLAC講座4 什么是FLAC？ 為什么要用FLAC？ FLAC能做什么？ FLAC為何這么流行？ 怎么學(xué)FLAC？ 研究生課程巖土數(shù)值分析上課學(xué)生調(diào)查67 Fast Lagrangian Analysis of Continua8650278206614

3、117173論文數(shù)量FLACABAQUSANSYSPLAXISADINAPFCUDEC9檢索期刊：巖土工程學(xué)報巖土力學(xué)巖石力學(xué)與工程學(xué)報關(guān)鍵詞： 軟件軟件論文數(shù)量論文數(shù)量FLAC650ABAQUS278ANSYS206PLAXIS61ADINA41PFC171UDEC73Updated on June 2, 20153123514029論文數(shù)量FLACABAQUSANSYSPLAXISADINAPFCUDEC10檢索期刊：Journal of Geotechnical and Geoenvironmental EngineeringGeotechniqueCanadian geotechnic

4、al JournalSoils and foundations 關(guān)鍵詞：Updated on June 2, 2015 軟件軟件論文數(shù)量論文數(shù)量FLAC31ABAQUS23ANSYS5PLAXIS14ADINA0PFC2UDEC98850277431216論文數(shù)量FLACABAQUSANSYSPLAXISADINAPFCUDEC11檢索期刊：GEO*SOILS*關(guān)鍵詞：Updated on June 2, 2015 軟件軟件論文數(shù)量論文數(shù)量FLAC88ABAQUS50ANSYS27PLAXIS74ADINA3PFC12UDEC16 巖土工程中的絕大多數(shù)問題土力學(xué)、巖石力學(xué)、防災(zāi)減災(zāi)、隧道、地下

5、空間等 采礦工程中的大部分問題 水工結(jié)構(gòu)中的部分問題 結(jié)構(gòu)工程國際通用的巖土工程國際通用的巖土工程專業(yè)分析程序?qū)I(yè)分析程序12 Charles Fairhurst美國工程院、瑞典皇家工程院院士，國際巖石力學(xué)學(xué)科和巖石力學(xué)學(xué)會創(chuàng)始人之一，歷任國際巖石力學(xué)學(xué)會主席和副主席，國際巖石力學(xué)學(xué)會MULLER獎、美國巖石力學(xué)學(xué)會終生成就獎獲得者。 Peter Cundall美國工程院、英國皇家工程院院士，國際資深計算巖石力學(xué)學(xué)家。13 第一講：基本介紹、靜力分析、前后處理 第二講：接觸面、FISH語言、流固耦合分析 第三講：動力分析、自定義本構(gòu)、結(jié)構(gòu)單元 第四講：FLAC（2D）基本介紹與應(yīng)用實例 討論1

6、4 了解FLAC的基本概念 了解FLA的適用范圍和缺陷 了解深入學(xué)習(xí)FLAC的方法 會用FLAC分析簡單的路堤填筑問題（考題）參數(shù)本構(gòu)網(wǎng)格軟件復(fù)雜的網(wǎng)格往往會把核心問題覆蓋掉，經(jīng)復(fù)雜的網(wǎng)格往往會把核心問題覆蓋掉，經(jīng)常會造成計算結(jié)果無法解釋。常會造成計算結(jié)果無法解釋。現(xiàn)實中的樁現(xiàn)實中的樁虛擬的樁虛擬的樁冰磧土體結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果冰磧土體結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果臺階坡面上的礫石產(chǎn)出狀態(tài)臺階坡面上的礫石產(chǎn)出狀態(tài) 數(shù)值分析要對實際工程進(jìn)行大量的、細(xì)心的簡化，從效率和結(jié)果兩方面保證數(shù)模分析的成果 結(jié)果的判斷，需要深入扎實的理論功底及“豐富”的工程經(jīng)驗 數(shù)值分析的作用從“錦上添花”到“雪中送炭”，在于各位的努力，指日可待F

7、LAC3D基本介紹、靜力分析、前后處理24 Fast Lagrangian Analysis of Continua 美國Itasca咨詢公司開發(fā)2D程序(1986) 1990年代初引入中國 有限差分法(FDM) 3D版本：DOS版2.0 2.1 3.0 3.14.05.0 2D版本：DOS版4.05.06.07.025 大應(yīng)變、小應(yīng)變計算模式. 豐富的本構(gòu)模型、提供自定義的本構(gòu)模型功能 接觸面可以模擬不同材料的接觸 流固耦合實現(xiàn)土體的固結(jié)與滲流 擁有各種功能的結(jié)構(gòu)單元類型，模擬土與結(jié)構(gòu)的相互作用 強(qiáng)大的動力分析功能. 流變分析，擁有粘彈性模型和粘塑性模型 熱力學(xué)分析.26Shear stra

8、inrate contours27- 與FLAC類似，是FLAC的三維版本- 與 FLAC擁有相同的優(yōu)點upstreamdownstream 內(nèi)置材料模型連續(xù)介質(zhì)非線性，大應(yīng)變模擬顯式解題方案，為不穩(wěn)定物理過程提供穩(wěn)定解界面或滑動面用來模擬可產(chǎn)生滑動或分離的離散面，從而模擬斷層，節(jié)理或摩擦邊界內(nèi)置材料模型豐富：零模型, 三個彈性模型 (各向同性，橫觀各向同性和正交各向異性), 八個朔性模型 (德魯克-布拉格, 摩爾-庫倫, 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)28隧道工程 可選模塊包括: 熱力學(xué),熱-力學(xué)耦合,熱-流體-力學(xué)耦合包括熱傳導(dǎo)

9、和對流; 粘彈,粘朔性(蠕變)材料模型;動力學(xué)分析,并可以模擬靜邊界和自由域 使用C+定義自己的模型29核廢料儲存中的熱力學(xué)研究問題核廢料儲存中的熱力學(xué)研究問題 FLAC/FLAC3D利用有限差分，顯示方案，動態(tài)松弛方法模擬連續(xù)體的非線性力學(xué)行為：即使對準(zhǔn)靜態(tài)問題，程序仍然求解完整的動力學(xué)方程。這種方法的好處在于可以為物理非穩(wěn)定過程例如塌方提供穩(wěn)定解；在 “松弛”方法中，使用阻尼來吸收動能以模擬系統(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有效地模擬塌方問題。30 源自流體力學(xué)中的拉格朗日法跟蹤流體質(zhì)點的運動狀態(tài)跟蹤固體力學(xué)中結(jié)點，按時步用Lagrangian法研究網(wǎng)格節(jié)點的

10、運動 節(jié)點和單元隨材料移動，邊界和接觸面與單元的邊緣一致 固體力學(xué)大變形理論31法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家拉格朗日 32+/2=每個每個 為常應(yīng)力為常應(yīng)力/應(yīng)變應(yīng)變:體積應(yīng)變由整個四邊形算出體積應(yīng)變由整個四邊形算出 . 應(yīng)變偏量則有兩個三角形應(yīng)變偏量則有兩個三角形 和和 分別算出分別算出(混合離散混合離散 過程過程)解題過程中網(wǎng)格坐標(biāo)按照解題過程中網(wǎng)格坐標(biāo)按照“拉格朗日方式更新拉格朗日方式更新” (網(wǎng)格隨材料移動網(wǎng)格隨材料移動), 且為且為顯式顯式 (一個時步內(nèi)局部變化不會影響鄰域一個時步內(nèi)局部變化不會影響鄰域)FLAC3D混和離散混和離散33+/2=34n結(jié)構(gòu)域離散為可由四面體單元組合形成的五面體

11、或六面體等結(jié)構(gòu)域離散為可由四面體單元組合形成的五面體或六面體等單元單元; ;n以以 為基本單元為基本單元( (常應(yīng)力、常應(yīng)變常應(yīng)力、常應(yīng)變););n體應(yīng)變的計算：體應(yīng)變的計算： ; ;n偏應(yīng)變的計算：偏應(yīng)變的計算： . .動態(tài)松弛法在動態(tài)松弛法中，網(wǎng)格點根據(jù)牛頓運動定律運動. 網(wǎng)格點的速度與該點的不平衡力呈正比. 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.在動態(tài)松弛法中有兩個因素很重要:時步的選擇阻尼效應(yīng) 35顯式解與隱式解的比較顯式解與隱式解的比較36顯式顯式,逐時推進(jìn)逐時推進(jìn)隱式隱式, 靜態(tài)靜態(tài)1.無需進(jìn)行反復(fù)迭代來實現(xiàn)非線無需進(jìn)行反復(fù)迭代來實現(xiàn)非線性本構(gòu)關(guān)系性本

12、構(gòu)關(guān)系 .2. 類似問題求解時間呈類似問題求解時間呈 N3/2 規(guī)規(guī)律增長律增長3. 物理非穩(wěn)定性不會引起數(shù)值物理非穩(wěn)定性不會引起數(shù)值不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性.4. 因為無需儲存矩陣，用較小因為無需儲存矩陣，用較小內(nèi)存即可模擬大尺度問題內(nèi)存即可模擬大尺度問題.5.對大位移、大應(yīng)變問題同樣適對大位移、大應(yīng)變問題同樣適合，無需額外的計算合，無需額外的計算 .1.需進(jìn)行反復(fù)迭代來實現(xiàn)非線性需進(jìn)行反復(fù)迭代來實現(xiàn)非線性本構(gòu)關(guān)系本構(gòu)關(guān)系 2.類似問題求解時間呈類似問題求解時間呈 N2 甚至甚至 N3規(guī)律增長規(guī)律增長.3.難以模擬物理非穩(wěn)定性問題難以模擬物理非穩(wěn)定性問題.4.需存儲剛度矩陣，需克服相關(guān)需存儲剛度矩陣

13、，需克服相關(guān)的帶寬問題，需要的內(nèi)存較大的帶寬問題，需要的內(nèi)存較大 .5.對大位移、大應(yīng)變問題需進(jìn)行對大位移、大應(yīng)變問題需進(jìn)行大量的計算大量的計算 . 使用Intel Fortran compiler擁有更快的計算速度 自動網(wǎng)格重畫功能，解決 bad-geometry 問題. 新的模擬顆粒土材料的硬化模型 更新的通用網(wǎng)格生成工具371. 多處理器的并行計算功能 2. 新結(jié)構(gòu)單元類型 “Embedded Liner” 提供兩個方向的接觸作用，可以很好地模擬擋土墻3. 對四面體單元采用新的混合離散方法 “Nodal Mixed Discretization” 提供塑性問題更精確的解答4. 64位程序

14、5. 包含命令手冊、FISH手冊和應(yīng)用實例的幫助38 模擬顆粒狀材料的硬化模型 自動網(wǎng)格重畫功能，解決 bad-geometry 問題. 改進(jìn)的interface 更快的滲流計算 更新的動力計算功能3940F(t)duFm amdtijiijdugdtx, ,u u u m牛頓運動定律對于連續(xù)體在靜力平衡條件下，加速度項為0，方程變?yōu)槠胶夥匠?1G = mgS = 1/2gt2 = 20m命令流：命令流：config dyngen zon bri size 1 1 1ini x mul 0.1 y m 0.1 z m 0.1model elasprop bulk 3e8 shear 1e8in

15、i dens 1000set grav 0 0 -10solve age 24243節(jié)點gridpoint：節(jié)點zone：單元boundary：邊界44平衡方程(動量方程)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)點力新的應(yīng)力對所有的網(wǎng)格節(jié)點對所有單元 開挖模型null 3個彈性模型各向同性彈性橫觀各向同性彈性正交各向同性彈性 8個彈塑性模型Drucker-Prager模型、Morh-Coulomb模型、應(yīng)變硬化/軟化模型、遍布節(jié)理模型、雙線性應(yīng)變硬化/軟化遍布節(jié)理模型、修正劍橋模型和胡克布朗模型4546gen zon bri size 3 3 3 ;建立網(wǎng)格(前處理)mode

16、l elas ;材料參數(shù)prop bulk 3e6 shear 1e6ini dens 2000 ;初始條件fix z ran z -.1 .1 ;邊界條件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app nstr -10e4 ran z 3 x 1 2 y 1 2solveplo con zd ;后處理切片功能47RUN FLAC3D48建立網(wǎng)格建立網(wǎng)格初始條件初始條件邊界條件邊界條件初始應(yīng)力平衡初始應(yīng)力平衡外荷載外荷載求解求解前處理前處

17、理后處理后處理n保存文件保存文件 (*.sav) 含有所有狀態(tài)變量和用戶定義條件的二進(jìn)制文件 n數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件 (*.dat) 數(shù)據(jù)文件由用戶創(chuàng)建的一種ASC格式的文件，它包括一系列的用于描述所分析問題的FLAC3D命令 nFISH文件文件(*.fis) FISH程序文件nFLAC3D文件文件(*.flac3d) FLAC3D的網(wǎng)格信息文件n歷史記錄文件歷史記錄文件 (*.his) 記錄輸入輸出歷史值的文件 n圖形文件圖形文件 圖形文件(各種標(biāo)準(zhǔn)格式)n電影文件電影文件 (*.dcx) AVI或PCX圖像文件，這些圖像文件可以當(dāng)作電影放映49 為什么要單獨列出？分析過程中出現(xiàn)的很多問題都與初

18、始應(yīng)力是否合理有關(guān)手冊中的例子五花八門是所有后續(xù)分析的基礎(chǔ)！ 生成方法彈性求解更改強(qiáng)度參數(shù)的彈塑性求解設(shè)置初始應(yīng)力的彈塑性求解存在水壓力的初始應(yīng)力生成水下建筑的初始應(yīng)力生成50模型尺寸單元數(shù)量密度KGu112 (m3)112200030MPa10MPa0.3551gen 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 = 162 z = -40

19、e3 x = -21.54e3模型尺寸單元數(shù)量密度KGcfu112 (m3)112200030MPa10MPa10kPa150.3552gen 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 -10solveprop bulk 3e7 shear 1e7 c 10e3 f 15 ten 0solveStep = 163

20、z = -40e3 x = -21.54e3Or: solve elastic模型尺寸單元數(shù)量密度KGcfu112 (m3)112200030MPa10MPa10kPa150.3553gen 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 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

21、 0 10e3 ran z 0 2ini sxx -20e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2set grav 0 0 -10solveStep = 0 z = -40e3 x = -20e3模型尺寸單元數(shù)量飽和密度KGcfu水位線孔隙率112(m3)112200030MPa10MPa10kPa150.351m0.554gen zone brick size 1 1 2model mohrprop bulk 3e7 shear 1e7 coh 10e3 fri 15 ten 0fix z ran z 0fix x ran x 0fix x ran x 1fix y ran y 0

22、fix 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 -22.5e3 grad 0 0 15e3 ran z 0 1ini sxx -22.5e3 grad 0 0 15e3 ran z 0 1ini szz -30e3 grad 0 0 15e3 ran z 1 2ini syy -15e3 grad 0 0 7.5e3 ran z 1 2ini sxx -15e3 grad 0 0 7.5e3 ran z 1 2ini pp 10e3 g

23、rad 0 0 -10e3 ran z 0 1set grav 0 0 -10solveStep = 0 z = -35e3 x = -22.5e3 d = s ns f模型尺寸單元數(shù)量飽和密度KGcfu水位線孔隙率112(m3)112200030MPa10MPa10kPa150.351m0.555config fluidgen zon bri size 1 1 2model elasprop bu 3e7 sh 1e7ini dens 1500model fl_isoini fdens=1000 fmod 0prop por 0.5set grav 0 0 -10water dens 150

24、0water table face 0 0 1, 0 1 1, 1 1 1, 1 0 1 ini pp 10e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 1ini szz -30e3 grad 0 0 15e3 ran z 1 2.set fluid offsolveStep = 142 z = -40e3 x = -24e3單元數(shù)較少產(chǎn)生的誤差單元數(shù)較少產(chǎn)生的誤差模型尺寸單元數(shù)量飽和密度KGcfu水位線112(m3)112200030MPa10MPa10kPa150.353m56gen zon bri size 1 1 2model mprop bulk 3e7 shear 1e7 c

25、 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 -40e3 grad 0 0 15e3 ran z 0 2ini sxx -40e3 grad 0 0 15e3 ran z 0 2ini pp 30e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 2app nstress -10e3 ran z 2set grav 0 0 -10solv

26、eStep = 0 z = -50e3 x = -40e3FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 1 Model Perspective17:30:28 Wed Nov 02 2011Center: X: 5.000e-001 Y: 5.000e-001 Z: 1.000e+000Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000Dist: 6.030e+000Mag.: 1Ang.: 22.500Contour of SXX Magfac = 0.000e+000 Gradient

27、Calculation-4.0000e+004 to -3.7500e+004-3.7500e+004 to -3.5000e+004-3.5000e+004 to -3.2500e+004-3.2500e+004 to -3.0000e+004-3.0000e+004 to -2.7500e+004-2.7500e+004 to -2.5000e+004-2.5000e+004 to -2.2500e+004-2.2500e+004 to -2.0000e+004-2.0000e+004 to -1.7500e+004-1.7500e+004 to -1.5000e+004-1.5000e+

28、004 to -1.2500e+004-1.2500e+004 to -1.0000e+004-1.0000e+004 to -1.0000e+004 Interval = 2.5e+00357 基本前后處理命令操作菜單操作 dd & dip attach & merge 外界模型的導(dǎo)入 復(fù)雜模型的網(wǎng)格檢查58 命令驅(qū)動(推薦)程序控制圖形界面接口計算模型輸出指定本構(gòu)模型及參數(shù)指定初始條件及邊界條件，指定結(jié)構(gòu)單元指定接觸面指定自定義變量及函數(shù)(FISH)求解過程的變量跟蹤進(jìn)行求解模型輸出5960命令欄6162FLAC3D網(wǎng)格生成的關(guān)鍵特征：網(wǎng)格生成的關(guān)鍵特征：FLAC3D 是命令驅(qū)動.使用FL

29、AC3D內(nèi)置基元進(jìn)行形狀組合可形成復(fù)雜網(wǎng)格.用戶自定義FISH 函數(shù)可以用來修改基元網(wǎng)格以創(chuàng)建更為復(fù)雜的網(wǎng)格.第三方軟件導(dǎo)入.63塊體塊體退化塊體退化塊體楔體楔體金字塔金字塔四面體四面體柱體柱體徑向塊體徑向塊體徑向隧道徑向隧道徑向柱體徑向柱體柱狀殼體柱狀殼體柱狀交叉柱狀交叉隧道交叉隧道交叉6465塊體塊體徑向柱體徑向柱體柱狀交叉柱狀交叉66676869707172TecplotTecplot中云圖的效果與中云圖的效果與flac3dflac3d的的shade onshade on的效果差的效果差不多不多, ,但是其出三維等值線的功能是卓越的但是其出三維等值線的功能是卓越的. .7374Tecpl

30、otTecplot的的sliceslice切片切片功能功能. .和和CADCAD一樣一樣, ,可以任意可以任意切剖面出切剖面出圖圖. .最大優(yōu)最大優(yōu)點是可以點是可以幾個剖面幾個剖面同時出圖同時出圖. .75整體和截面的整體和截面的數(shù)據(jù)以單元形數(shù)據(jù)以單元形式存在列表中式存在列表中, ,可自由選擇和可自由選擇和組合多個單元組合多個單元出圖出圖. . Simwe.Com上有近百的討論貼 地質(zhì)上的概念，傾向和傾角 建議用ori和norm代替 后處理的切片功能plo set plane ori (*,*,*) norm (*,*,*)plo con zdis plane概念清晰，使用快捷 其他應(yīng)用ref

31、lect網(wǎng)格建立水面76xyzorinorm attach用于連接次節(jié)點 (sub-grid)允許網(wǎng)格存在一定隨意性要求成比例(1:2, 1:3等)可用于模型的檢查慎用 merge用于節(jié)點的合并外來模型導(dǎo)入的精度差異tolerance的設(shè)置77sub-grid 4:25:2tol121merg 復(fù)雜網(wǎng)格的生成難度大 接口編寫不同軟件之間的精度差異Group的定義采用.flac3d的文件格式 .flac3d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 3 impgrid & expgrid僅限于網(wǎng)格783w

32、zones 3sec FLAC3D生成的復(fù)雜網(wǎng)格attach face無接觸面時檢查整體模型是否存在無接觸面時檢查整體模型是否存在sub-grid有接觸面時給定范圍進(jìn)行檢查有接觸面時給定范圍進(jìn)行檢查 其他軟件導(dǎo)入的復(fù)雜模型網(wǎng)格劃分的檢查gen merge彈性模型model elastic求解“獨立獨立”節(jié)點節(jié)點“畸形畸形”單元單元79 FLAC本身的Check功能十分有限錯誤提示很少十分開放的工作平臺 (自由落體) 檢查的基本步驟網(wǎng)格檢查(如前所述)邊界條件檢查速度約束條件速度約束條件 plo gpfix red sk荷載條件荷載條件 plo fap red sk模型檢查模型賦值模型賦值plo

33、 block model參數(shù)賦值參數(shù)賦值plo block prop *初始應(yīng)力檢查(如后所述)80 初始應(yīng)力的計算時間不會“非常長” 經(jīng)常檢查模型的響應(yīng)plo con szz (syy, sxx)應(yīng)力場plo con zdis (ydis, xdis)位移場plo blo sta屈服狀態(tài)plo gpfix red sk速度約束條件plo fap red sk體力plo hist (unbal)不平衡力plo interface nstress (sstress)接觸面單元81FLAC3D接觸面、FISH語言、流固耦合分析 應(yīng)用范圍 原理 建模方法推薦方法復(fù)雜內(nèi)部接觸面的設(shè)置方法 參數(shù)選擇 單

34、樁承載力分析 擋土墻的接觸面設(shè)置思路：未知問題的分析方法 網(wǎng)格不連續(xù) 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 空間中無變形的固定“障礙” 三角形單元 (無厚度!) 參數(shù)較多 三種工作模式粘結(jié)界面粘接滑移庫倫滑動 關(guān)鍵要形成同一位置的兩個節(jié)點(面) “移來移去”(推薦)建兩個分開的模型建立接觸單元通過INI * add使模型接觸注意dist的含義NO merge, NO attach!接觸面dist1234 “導(dǎo)來導(dǎo)去”利用expgrid, impgrid命令進(jìn)行網(wǎng)格導(dǎo)出與導(dǎo)入配合DELETE命令適于內(nèi)部接觸面的建立，或其他前處理工具建立的網(wǎng)格 GEN sep

35、arate INTERFACE wrap指定正確的group 虛構(gòu)的為了合并節(jié)點而設(shè)置的接觸面Kn=ks=10*max(K+4/3G)/Dzmin 真實的剛性接觸面如料倉下料c,D,Tension重要，kn,ks不重要 真實的柔性接觸面斷層；水力劈裂材料試驗得到參數(shù)對于kn,ks：巖石斷層10100MPa/m(粘土); 100GPa(巖石)反分析方法：通過斷層中巖石的變形與原巖的變形 軟土地基bulk 1.6878E6 shear 3.6167E5 coh 15E3 fric 12dens 1.73E3 樁體bulk 5e9shear 3.75e9dens 2.5e30.5m 8m 10m 2

36、0m 施加樁頂荷載施加樁頂荷載計算結(jié)果計算結(jié)果7.50E+03fricgk3coh/0.70.7fric10g10k23.00E+0420100e100e1cohfrickskn水平因素1233(9)3123(8)2313(7)2132(6)1322(5)3212(4)3331(3)2221(2)1111(1)cohfrickskn 水平因素工況Ks取取1 Ks取取2 Ks取取3 96.9%1233(9)22.4%3123(8)54.1%2313(7)96.9%2132(6)7.1%1322(5)37.8%3212(4)96.9%3331(3)42.9%2221(2)37.8%1111(1)R

37、a差異度差異度cohfrickskn水平因素水平因素2222111122101122最優(yōu)方最優(yōu)方案案17.3%6.8%72.8%11.9%極差極差52.4%52.7%96.9%57.8%k364.6%59.2%24.1%47.3%k247.3%52.4%43.2%59.2%k1cohfrickskn水平因水平因素素單樁分析單樁分析簡單網(wǎng)格簡單網(wǎng)格接觸面參數(shù)接觸面參數(shù)多次試算多次試算理論、實測理論、實測加密網(wǎng)格加密網(wǎng)格接觸參數(shù)接觸參數(shù)理想結(jié)果理想結(jié)果群樁分析群樁分析Pile結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元單元參數(shù)單元參數(shù)理想結(jié)果理想結(jié)果Pile結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元單元參數(shù)單元參數(shù)理想結(jié)果理想結(jié)果對于未知問題的分析思

38、路3個獨立的接觸面3個同ID的接觸面2個獨立的接觸面2個獨立的接觸面并進(jìn)行底部merge擋墻擋墻 土體土體 123WallSoilZ = 5.16cmZ = 1.14cmZ = 不能初始平衡不能初始平衡 Z = 0.35cm？X = 1.95cmX = 1.91cmX = 1.47cm？ 前兩種方法的差別實質(zhì)3個ID的獨立接觸面在相同位置產(chǎn)生互不影響的兩個節(jié)點共同ID的接觸面在相同位置自動設(shè)置為1個節(jié)點 最終的結(jié)論需要您自己去判斷！3 interfaces, 2 IDs 1 interface, 1 ID 軟件自帶的編程語言是否一定要學(xué)？視情況而定，需要時查詢FISH變量即可語法簡單xxxen

39、d_xxx注意事項與FLAC本身的關(guān)鍵字沖突保留字不可縮寫變量可不定義，因此注意檢查程序print fishtable, extra等命令使用def abc abc = 1 + 2 * 3 abcd = 1.0 / 2.0endabcprint fish數(shù)據(jù)格式1. 都可以在FISH函數(shù)中進(jìn)行賦值，賦值操作與常規(guī)的編程語言類似，按照運算符的優(yōu)先級先后順序來執(zhí)行。2. 函數(shù)和變量的賦值遵守數(shù)據(jù)類型的規(guī)則，即整型的計算結(jié)果為整型，浮點型的計算結(jié)果為浮點型，因此讀者在進(jìn)行除法運算、開方運算時都需要將數(shù)據(jù)類型設(shè)置為浮點型，數(shù)字盡量使用小數(shù)點以保證運算正確。3. 變量和函數(shù)名的命名規(guī)則是不能以數(shù)字開頭，

40、不能含有中文，并且不能包含如下的字符。. , * / + - = # ( ) ; 4. 變量和函數(shù)名不能與FLAC3D、FISH的保留字相沖突，不要采用過于簡單的單詞，比如a，hist等，這些都與保留字相沖突。5. 即使程序中存在與保留字相沖突的變量，F(xiàn)LAC3D也不會提供任何提示，所以提醒讀者在編制FISH程序時盡量使用較長的、復(fù)雜的變量和函數(shù)名。5.對變量進(jìn)行賦值時，不能使用當(dāng)前函數(shù)的函數(shù)名放在“=”的右邊，比如采用下面的定義abcd = abc + 1.0在FISH程序執(zhí)行時會提出錯誤，因為這樣會形成遞歸調(diào)用，這種調(diào)用方式在FISH程序中是不允許的。6.變量和函數(shù)的作用是全局的，在命令中

41、的任何地方修改變量的值都會立即生效，因此在實際應(yīng)用中盡量避免不同的函數(shù)中含有相同的變量，因為這樣可能會造成賦值錯誤，并難以檢查。7.在FLAC3D中可以用如下的命令來引用FISH函數(shù)和變量PRINT用于查看函數(shù)和變量的數(shù)值；HISTORY命令可以對函數(shù)和變量的數(shù)值進(jìn)行記錄；SET命令用于變量的賦值。 選擇語句CASEOF 表達(dá)式默認(rèn)語句CASE n1表達(dá)式的值為n1時的語句CASE n2表達(dá)式的值為n2時的語句ENDCASE 條件語句IF 條件表達(dá)式 THENELSEENDIFFISH中條件運算符沒有“并”、“或”、“否”這樣的符號 if aa 1.0 if aa 2.0 執(zhí)行語句 endif

42、endif表達(dá)“1aa maxdisp_value maxdisp_value = disp_gp maxdisp_gpid = gp_id(p_gp) endif p_gp = gp_next(p_gp) endloop endfind_max_dispprint maxdisp_value maxdisp_gpid第一步第一步第二步第二步def abcendabcdef abc p_gp = gp_head loop while p_gp # null p_gp = gp_next(p_gp) endloopendabc第三步第三步第四步第四步def abc p_gp = gp_head

43、loop while p_gp # null command endcommand p_gp = gp_next(p_gp) endloopendabcdef abc p_gp = gp_head loop while p_gp # null command app nstress endcommand p_gp = gp_next(p_gp) endloopendabcTunnel.txt兩個圓形隧道的連接部分兩個圓形隧道的連接部分 變直徑的隧道部分變直徑的隧道部分 主要采用PRINT fish命令 查看變量的賦值是否合理，主要檢查值為0的函數(shù)和變量，因為FISH程序中一般定義的變量都有實際

44、的意義，輸出為0的變量很可能是與保留字相沖突的變量（如a就是apply的保留字） 或者由于編寫筆誤產(chǎn)生的變量（如數(shù)字0與大寫字母O）。 很難！ 基本功能 理論框架 計算模式 滲流邊界條件，初始條件 單滲流計算及滲流耦合計算 滲流各向同性、各向異性不同的滲流模型和屬性流體壓力，涌入量，滲漏量和不滲水邊界抽水井、點源、體積源飽和滲流可采用顯式差分法、隱式差分法 非飽和滲流采用顯式差分法滲流-固體-熱的耦合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。 循環(huán)荷載引起的動水壓力變化和土體液化 準(zhǔn)靜態(tài)Biot理論 多孔介質(zhì)中遵循Darcy定律的單相滲流 描述多

45、孔介質(zhì)中流體滲流的變量孔隙水壓力，飽和度，特定排水向量的三個分量 質(zhì)量守恒定律 達(dá)西定律 本構(gòu)定律考慮流體響應(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 無滲流模式不設(shè)置CONFIG Fluid孔壓不改變設(shè)置孔壓分布INITIAL ppWATER table WATER density WATER table face SET gravity手動設(shè)置干濕密度F 滲流模式 設(shè)置CONFIG fluid 設(shè)置土體干密度 滲流模型 MODEL fl_isotropic MODEL fl_anisotropic MODEL fl_null SET fluid off set WATER bul

46、k = 0 默認(rèn)的邊界條件是不透水邊界 孔隙壓力自由(不透水邊界 ) 固定孔隙水壓力(透水邊界) 如：井 孔隙壓力，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。 時間比例 完全耦合分析方法 孔壓固定分析(有效應(yīng)力分析) 單滲流得到孔壓分布 無滲流計算孔壓的力學(xué)響應(yīng) 流-固耦合計算 用途：排水溝；抽水井；耦合計算 計算步驟CONFIG fluid SET mech offSET fluid implicit on/offMODEL fl_; PROP STEP; SOLVE age; SET fluid ratioSET fluid off mech

47、onPROP biot_c 0 (or INI fmod 0) 不排水短期響應(yīng) 兩種分析方法：干法和濕法干法：Ku=K+a2M兩種破壞形式兩種破壞形式 WATER或INI獲得常孔壓，不排水的c, (孔壓改變較小) =0,c=cu (MK+4/3G)濕法：耦合體系的短期行為使用排水的使用排水的K, c,若若SET fluid off, Biot_mod(fmod)真實真實力學(xué)過程的特征時間力學(xué)過程的特征時間 流體擴(kuò)散過程的特征時間流體擴(kuò)散過程的特征時間 時間比例短期行為 (不排水) ts(分析時間分析時間)tc施加擾動的屬性流體擾動：滲流可不與力學(xué)過程耦合力學(xué)擾動：耦合等級取決于流固剛度比流固剛

48、度比4/3mccutLKG24/3kMRKG2fccLtc CONFIG fluid; M(Kf); K(滲透系數(shù)) 真實，則FLAC3D默認(rèn)耦合計算pevevp 預(yù)估流/力特征時間 耦合計算前先達(dá)到一個平衡狀態(tài)SET fluid on mech off; SET fluid off mech on; STEPSET mech force; SET mech substep n auto; SET fluid substep m (=1)STEP:滲流步足夠小 手動調(diào)整的STEP求解SET fluid on mech offSTEPSET fluid off mech onSTEP 主從進(jìn)程的

49、SOLVE求解SET mech forceSET mech substep n auto (從進(jìn)程)SET mech substep m(主進(jìn)程)SOLVE age 自動STEP求解STEP 時間比例(ts, tc)穩(wěn)態(tài)不排水狀態(tài)相當(dāng) 擾動類型力學(xué)擾動孔壓擾動 流固剛度比Rk是否1 完全耦合模式時間比例相當(dāng)；力學(xué)擾動newconfig fluid set fluid offgen zon brick p0 0 0 -10 size 20 1 10gen zon brick p0 5 0 0 p1 15 0 0 p2 5 1 0 p3 9 0 5 p4 15 1 0 p5 9 1 5 p6 11

50、 0 5 p7 11 1 5 size 10 1 5group soilgroup dam ran x 5 7 z -5 0 group dam ran id 201 a id 211 a id 221 a id 231 a id 241 a group dam ran id 202 a id 212 a id 222 a id 232 a id 242 am eprop bu 3e7 sh 1e7ini pp 0 grad 0 0 -10e3 ran z 0 -10ini dens 2000model fl_isoprop por 0.5 perm 1e-10 ini fden 1000 f

51、ten -1e10ini sat 0.0 ran z 0 5model fl_null ran gro dam;ini pp 0 ran gro damfix z ran z -10fix x ran x 0fix x ran x 20fix yset grav 10solvesave elastic.sav網(wǎng)格模型初始孔壓rest elastic.savini xd 0 yd 0 zd 0 xv 0 yv 0 zv 0app nstress -40e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 4 x 0 9solvesave pressure.sav豎向應(yīng)力沉降rest pressure

52、.savset fluid on mech offini fmod 2e3 ften 0.0 ran gro soilini xd 0 yd 0 zd 0 xv 0 yv 0 zv 0app pp 40e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 4 x 0 9app pp 0 ran z 0 x 15 20hist id=10 zone pp id 215solveRatio = 1Ratio = 1E-510 m3 mK = 500 MPa, G = 300 MPa, c = 10 kPa f = 1540 kPa20 m; - apply load slowly -def ramp

53、 ramp = min(1.0,float(step)/200.0)endapply nstress = -40e3 hist ramp range x -.1 3.1 z 9.9 10.1; - fluid flow model -model fl_isoini fmod 2e9; - pore pressure fixed at zero at the surface -fix pp 0 range z 9.9 10.1; - settings -set fl off; - test -step 75011因為本例中沒有設(shè)置初始應(yīng)力，這里只進(jìn)行了750步的求解。FLAC3D 3.00Ita

54、sca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 750 Model Perspective16:45:13 Wed Apr 09 2008Center: X: 1.000e+001 Y: 5.000e-001 Z: 5.000e+000Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000Dist: 5.580e+001Mag.: 1Ang.: 22.500Plane Origin: X: 0.000e+000 Y: 5.000e-001 Z: 0.000e+000Plane Normal: X: 0.000e+000 Y:

55、 1.000e+000 Z: 0.000e+000Job Title: 荷載引起的超孔隙水壓力View Title: Contour of Pore Pressure Plane: on Magfac = 0.000e+000-8.7557e+002 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 5.0000e+003 5.0000e+003 to 1.0000e+004 1.0000e+004 to 1.5000e+004 1.5000e+004 to 2.0000e+004 2.0000e+004 to 2.5000e+004 2.5000e+004 to 3.0000e+0

56、04 3.0000e+004 to 3.5000e+004 3.5000e+004 to 4.0000e+004 4.0000e+004 to 4.5000e+004 4.5000e+004 to 4.6350e+004 Interval = 5.0e+003SET mech force 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)；SET mech substep n auto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)到平衡時也可以少于n步；SET fluid substep m設(shè)置流體進(jìn)程為主進(jìn)程。討論討論1：對收斂準(zhǔn)則進(jìn)行對比分析：對收斂準(zhǔn)則進(jìn)行

57、對比分析 不平衡力（force）：1E3、5E3、1E4、5E4不平衡力比（ratio）：1E-4、1E-3、1E-2、1E-1采用1E-3的收斂準(zhǔn)則既可以滿足計算流固耦合過程中的計算精度要求，同時又具有較高的計算效率 討論討論2：子步數(shù)的影響：子步數(shù)的影響 set mech sub 100 fluid sub 10set mech sub 10 fluid sub 10set mech sub 1 fluid sub 1設(shè)置合理的子步數(shù)也很重要。設(shè)置過大，則會導(dǎo)致計算時間大大增加，過小又會造成計算結(jié)果的誤差。 孔壓邊界條件tstc長期分析(排水)Rk1骨架很軟孔壓擾動進(jìn)行biot_mod調(diào)整

58、砂層軟土層粘土層PVD2m8m10m 第一講：基本介紹、靜力分析、前后處理 第二講：接觸面、FISH語言、流固耦合分析 第三講：動力分析、自定義本構(gòu)、結(jié)構(gòu)單元 第四講：FLAC（2D）基本介紹與應(yīng)用實例 討論139140非常復(fù)雜！Said by Prof. Peter Cundall FLAC 可以模擬體系（土，巖石，結(jié)構(gòu)，流體）受到的外部動力荷載（比如地震）或內(nèi)部動力荷載（比如基礎(chǔ)振動、爆炸）。 可以計算塑性引起的永久變形以及孔隙水壓力的消散。 土動力學(xué)中常用的等效線性方法無法直接處理上述問題。 1411.動力荷載與邊界條件2.材料響應(yīng)與阻尼3.土體液化142 動力輸入的類型加速度時程速度時

59、程應(yīng)力(壓力)時程力時程 APPLY INTERIOR (內(nèi)部)TABLEFISH143 靜態(tài)(quiet,粘性)邊界Lysmer and Kuhlemeyer(1969) 模型邊界法向和切向設(shè)置獨立的阻尼器 性能對于法向p波和s波能很好的吸收對于傾斜入射的波和Rayleigh波也有所吸收，但存在反射人工邊界仍應(yīng)當(dāng)足夠遠(yuǎn)144 內(nèi)部振動(如隧道中的列車振動問題)動力荷載直接施加在節(jié)點上使用Quiet邊界減小人工邊界上的反射不需要FF邊界 外部荷載的底部邊界軟土地基上的地震荷載不適合用加速度或速度邊界條件使用應(yīng)力條件t = -2Csvs 地震底部輸入的側(cè)向邊界扭曲了入射波145quietquie

60、tquiet146Cundall et al. (1980)自由場網(wǎng)格與主體網(wǎng)格的耦合粘性阻尼器，自由場網(wǎng)格的不平衡力施加到主體網(wǎng)格邊界上設(shè)置條件底部水平，重力方向為z向側(cè)面垂直，法向分別為x, y向其他邊界條件在APPLY ff之前相當(dāng)于一個阻尼器 APPLY ff將邊界上單元的屬性、條件和變量全部轉(zhuǎn)移ff單元上； 設(shè)置以后主體網(wǎng)格上的改動將不會被FF邊界所響應(yīng) 可存在任意的本構(gòu)模型以及流體耦合(僅豎向) FF邊界進(jìn)行小變形計算，主體網(wǎng)格可大變形，F(xiàn)F邊界上的變形要相對較小 存在attach的邊界將不能設(shè)置FF邊界 邊界上的Interface將不能連續(xù) 動力邊界設(shè)置需在FF邊界設(shè)置之前147