RFPA-2D 巖層移動版說明書

1、目錄第一章 RFPA2D理論概述11.1 RFPA2D基本概述11.2 RFPA2D-Strata方法要點21.3 RFPA2D-Strata介紹3第二章 RFPA2D-Strata軟件的特點概述42.1 RFPA2D-Strata軟件概述42.2 RFPA2D-Strata方法的主要要點42.3 RFPA2D-Strata軟件基本原理5第三章 RFPA2D-Strata安裝指南183.1系統(tǒng)要求183.2 RFPA2D-Strata的安裝19第四章 RFPA2D-Strata簡介214.1 RFPA2D-Strata的開發(fā)背景214.2如何獲得幫助214.3如何購買21第五章 RFPA2D-

2、Strata菜單235.1 RFPA2D-Strata計算步驟235.2 RFPA2D-Strata工作平臺的裝入235.3 RFPA2D-Strata工作條介紹265.4 RFPA2D-Strata顏色灰度調(diào)整285.5 RFPA2D-Strata網(wǎng)格劃分295.6 RFPA2D-Strata強度特性設(shè)置305.7 RFPA2D-Strata力邊界條件設(shè)置315.8 RFPA2D-Strata控制條件設(shè)置325.9 RFPA2D-Strata系統(tǒng)自定義335.10 RFPA2D-Strata基本設(shè)置405.11 RFPA2D-Strata經(jīng)典算例43第六章 RFPA2D常見問題556.1軟件

3、安裝問題與解答556.2軟件操作問題與解答606.3軟件高級運用及解答65II第一章 RFPA2D理論概述1.1RFPA2D基本概述巖石（巖體）是地質(zhì)、采礦、石油、水利等部門經(jīng)常涉及的最基本的天然材料。天然的巖體是非連續(xù)、非均質(zhì)、非彈性、各向異性的介質(zhì)。它具有時效性、記憶性和對環(huán)境的依賴性。盡管經(jīng)典力學推衍了諸多的理論公式，但面對復(fù)雜的工程巖體材料仍顯得無能為力。在許多實際工程當中，依據(jù)理想化的模式計算出的諸如巖體變形、破壞和強度等與實際相差甚遠。煤礦巖爆、瓦斯突出、采場頂板垮落、水壩開裂、巖土邊坡失穩(wěn)、地震等眾多災(zāi)害性事故的發(fā)生，不僅給國家和人民財產(chǎn)造成了巨大損失，同時也表明，人類目前尚缺乏

4、對巖石（巖體）材料的不規(guī)則性、復(fù)雜性和物理力學非線性本質(zhì)的認識和解決這些問題的方法，致使許多巖石力學問題無法定量或定性地予以解釋和分析。巖石力學問題，廣義講包括巖石破壞問題。巖石之所以產(chǎn)生非線性變形，就是因為巖石在受載過程中其內(nèi)部不斷產(chǎn)生微細破裂。這種微細破裂的不斷發(fā)展便導致最終的宏觀破裂。通常的有限元方法盡管可以模擬巖石的非線性變形，但只是在宏觀行為上的一種“形似”，而沒有模擬出巖石在變形過程中的微破裂進程，因而不能做到“神似”。為了解決巖石破裂過程的分析，采用有限差分法、有限單元法、邊界元法、半解析元法、離散元法等數(shù)值模擬方法在全面解決復(fù)雜的巖土工程問題，例如巖土材料的非線性問題、巖體中節(jié)

5、理、裂隙等不連續(xù)面對分析計算的影響、分步開挖與充填施工作業(yè)對圍巖穩(wěn)定性的影響等方面都不同程度的存在缺陷。1995年，軟件系統(tǒng)創(chuàng)始人唐春安教授針對這些問題提出了基于有限元基本理論，充分考慮巖石破裂過程中伴隨的非線性、非均勻性和各向異性等特點的新的數(shù)值模擬方法“RFPA（Realistic Failure Process Analysis）方法”， 即真實破壞過程分析方法。1.2RFPA2D-Strata方法要點 1、將材料的非質(zhì)性參數(shù)引入到計算單元，宏觀破壞是單元破壞的積累過程。 2、認為單元性質(zhì)是線彈-脆性或脆-塑性的，單元的彈模和強度等其他參數(shù)服從某種分布，如正態(tài)分布、韋伯分布、均勻分布等。

6、 3、認為當單元應(yīng)力達到破壞的準則發(fā)生破壞，并對破壞單元進行剛度退化處理，故可以以連續(xù)介質(zhì)力學方法處理物理非連續(xù)介質(zhì)問題。4、 認為巖石的損傷量、聲發(fā)射同破壞單元數(shù)成正比。RFPA數(shù)值模擬方法同時還認為：1、將材料的不均勻性 當單元變形使應(yīng)力達到一定強度值時即作破壞處理（即假定單元性質(zhì)近似為彈脆性的，但由于考慮了材料的非均勻性，材料的宏觀性質(zhì)則可能是具有軟化或弱化關(guān)系的非線性性質(zhì)）。2、破壞單元不具備抗拉能力，但具備一定的抗擠壓能力。3、材料的非均勻性可以通過單元力學參數(shù)分布的非均勻性來表達。4、破壞單元的力學特性變化是不可逆的。5、基元相變前后均為線彈性體。1.3RFPA2D-Strata介

7、紹RFPA2D-Strata是繼RFPA2D-Basic版推出的，主要面向巖土工程的應(yīng)用分析。新版的RFPA2D-Basic版引入了松散系數(shù)，實現(xiàn)了對冒落巖體碎脹的模擬再現(xiàn)，使得巖層移動（垮落）的模擬更加符合實際。利用該版本可對地下工程誘發(fā)的地表沉陷、巖層移動、巷道破壞、頂板冒落等工程災(zāi)害展開應(yīng)力場、位移場及聲發(fā)射模式（微震）的實時監(jiān)測。 如：(1) 采礦誘發(fā)的巖層移動規(guī)律模擬分析；(2) 地下工程施工誘發(fā)的地表沉陷計算模擬分析；(3) 隧道群的變形破壞過程計算模擬分析。第二章 RFPA2D-Strata軟件的特點概述2.1RFPA軟件概述真實破裂過程分析（Realistic Failure

8、Process Analysis）簡稱：RFPA，RFPA軟件是基于RFPA方法（即真實破裂過程分析方法）研發(fā)的一個能夠模擬材料漸進破壞的數(shù)值試驗工具。其計算方法基于有限元理論和統(tǒng)計損傷理論，該方法考慮了材料性質(zhì)的非均性、缺陷分布的隨機性，并把這種材料性質(zhì)的統(tǒng)計分布假設(shè)結(jié)合到數(shù)值計算方法（有限元法）中，對滿足給定強度準則的單元進行破壞處理，從而使得非均勻性材料破壞過程的數(shù)值模擬得以實現(xiàn)。因RFPA軟件獨特的計算分析方法，使其能解決巖土工程中多數(shù)模擬軟件無法解決的問題。RFPA是一個能夠模擬材料漸進破裂直至失穩(wěn)全過程的數(shù)值試驗工具。該方法的一個重要特色是考慮了材料性質(zhì)的非均勻性，是一種通過非均勻

9、性模擬非線性、通過連續(xù)介質(zhì)力學方法模擬非連續(xù)介質(zhì)力學問題的材料破裂過程分析新型數(shù)值分析方法。2.2 RFPA2D-Strata方法的主要要點1）將材料的不均質(zhì)性參數(shù)引入到計算單元，宏觀破壞是單元破壞的積累過程。2）認為單元性質(zhì)是線彈-脆性或脆-塑性的，單元的彈模和強度等其他參數(shù)服從某種分布，如正態(tài)、韋伯、均勻等。3）認為當單元應(yīng)力達到破壞的準則將發(fā)生破壞，并對破壞單元進行剛度退化處理，故可以以連續(xù)介質(zhì)力學方法處理物理非線性介質(zhì)問題。4）認為巖石的損傷量、聲發(fā)射同破壞單元數(shù)成正比。2.3 RFPA2D-Strata軟件基本原理1）基于彈性損傷理論RFPA是一個以彈性力學為應(yīng)力分析工具、以彈性損傷

10、理論及其修正后的Coulomb破壞準則為介質(zhì)變形和破壞分析模塊的真實破裂過程分析系統(tǒng)。其基本思路是：材料介質(zhì)模型離散化成由細觀基元組成的數(shù)值模型，材料介質(zhì)在細觀上是各向同性的彈-脆性或脆-塑性介質(zhì)；假定離散化后的細觀基元的力學性質(zhì)服從某種統(tǒng)計分布規(guī)律（如weibull分布），由此建立細觀與宏觀介質(zhì)力學性能的聯(lián)系；按彈性力學中的基元線彈性應(yīng)力、應(yīng)變求解方法，分析模型的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)。RFPA利用線彈性有限元方法作為應(yīng)力求解器；引入適當?shù)幕茐臏蕜t（相變準則）和損傷規(guī)律，基元的相變臨界點用修正的Coulomb準則；基元的力學性質(zhì)隨演化的發(fā)展是不可逆的；基元相變前后均為線彈性體；材料介質(zhì)的裂紋擴展

11、是一個準靜態(tài)過程，忽略因快速擴展引起的慣性力的影響。2）網(wǎng)格劃分非均勻介質(zhì)單元劃分標準：從提過計算速度的角度講：自然是單元取得大些比較合適，但較大的單元不僅不能反映細觀非均勻的力學性質(zhì)，使模型不能很好地反映工程實際，而且較大的單元尺寸本身也會給計算帶來較大的誤差。從計算精度的角度講：在計算機速度允許的情況下，應(yīng)盡可能的將單元劃分得小些，這樣不僅能夠使模型更加真實地反映實際，而且也有利于提高計算的精度。單元大小的劃分標準：根據(jù)精度，是否將單元劃分的越小越好呢？未必！大家知道，在斷裂力學中，為了數(shù)學處理的方便，裂紋的兩端被假設(shè)為無窮小的尖端。然而，按照這一假設(shè)，所計算出的裂紋尖端處的拉應(yīng)力為無窮大

12、。這意味著什么？意味著只要給定任意有限值得加載，裂紋便會迅速擴展，這顯然是與實際情況不相符的。造成這一錯誤結(jié)論的原因是，在現(xiàn)實的介質(zhì)特別是巖石介質(zhì)中，裂紋尖端實際上是有一定尺度的。這一尺度是與介質(zhì)的基本細觀性質(zhì)有關(guān)的，我們稱之為介質(zhì)的細觀特征尺度。因此， 單元大小的劃分標準為：只要數(shù)值模型中的單元尺寸能夠反映或者基本反映這種細觀特征尺度，那么該模型的單元尺寸就是合理或者基本合理的。RFPA選取等面積四節(jié)點的四邊形單元剖分計算對象。為了使問題的解答足夠精確，RFPA方法要求模型中的單元足夠?。ㄏ鄬τ诤暧^介質(zhì)），以能足夠精確的地反映介質(zhì)的非均勻性。但它又必需足夠大（包含一定數(shù)量的礦物和膠結(jié)物顆粒，

13、以及微裂隙、孔洞等細小缺陷），因為作為子系統(tǒng)的單元實際上仍是一個自由度很大的系統(tǒng)，它具有遠大于微觀尺度的細觀尺度。這以要求正是為了保證使剖分后的單元性質(zhì)盡量接近基元性質(zhì)。盡管這樣會增加計算量，但是問題的處理變得簡單，而且隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，計算機瓶頸的影響將會逐漸消除。由于模型中的基元數(shù)量足夠多，宏觀的力學行為，本質(zhì)上是介質(zhì)大量基元力學行為的集體效應(yīng)。但是每個基元的個體行為對宏觀性能的影響卻是有限的。正如夏蒙棼（1995）所指出的：“對單個個體的力學性能作詳盡無遺的描述不僅不可能，而且也不必要，只需給出一個詳略得當?shù)拿枋黾纯伞薄FPA系統(tǒng)正是基于這種原則對基元的力學行為進行描述的。3）

14、基元賦值基元的引入：細觀力學認為：通過細觀單元的變形、破壞的個體行為的積累來反映宏觀行為的演化，為研究介質(zhì)變形和破裂的宏觀行為提供了一種新的途徑。所謂的基元，是構(gòu)成介質(zhì)的基本細觀尺度單元，是在物理力學性質(zhì)方面能夠代表介質(zhì)特征的最小單元。在巖石破裂過程分析RPFA系統(tǒng)中，為了能夠充分考慮介質(zhì)力學性能的非均勻性以及由這種非均勻性引起的變形、破裂過程的復(fù)雜性，我們引入了三種特性的基元，即基質(zhì)基元、空氣基元和接觸基元?；|(zhì)基元；是指基元在模型中的當前功能為實體介質(zhì)。它的性能由巖石的本構(gòu)關(guān)系來描述?？諝饣皇侵富谀Ｐ椭械漠斍肮δ転樘擉w特性。當單元介質(zhì)在拉應(yīng)力條件下發(fā)生斷裂后，形成斷裂面。就斷裂面的

15、物理本質(zhì)而言，也就是應(yīng)力的傳遞在此出現(xiàn)不連續(xù)或中斷。通常的數(shù)值計算方法解決這一問題的方法是將單元中的節(jié)點分開，或者是將單元從模型中去掉。但是，這樣做的結(jié)果使得模型的數(shù)學處理變得極其復(fù)雜，而且一般不適合多裂紋、特別是多裂紋相互交叉的情形。RFPA系統(tǒng)采用的裂紋處理方法，即空氣基元。當基元介質(zhì)發(fā)生斷裂后，我們不是將該單元從模型中去掉，而是用彈模極低的基元性質(zhì)取代原有的實體基元的性質(zhì)，由于新的基元彈模極低，可以近似的認為實體介質(zhì)的行為已不存在，這樣在不改變模型數(shù)學結(jié)構(gòu)的前提下，卻可以使得模型在總體特性上能夠反映出因基元破裂而引起的物理特性的改變。接觸基元；壓、剪破壞后的基元在一定范圍內(nèi)維持殘余強度狀

16、態(tài)。但是，對于現(xiàn)實中的介質(zhì)來說，破壞后的介質(zhì)在繼續(xù)受壓應(yīng)力、特別是各向均受壓應(yīng)力的條件下，將出現(xiàn)所謂的壓密或壓實現(xiàn)象，其力學表現(xiàn)則是壓密后的介質(zhì)剛度不僅不降低，反而出現(xiàn)上升。從而引入了接觸基元。所謂基元的相變，三種基元在一定條件下，將由一種突然轉(zhuǎn)化為另一種，這種其力學性質(zhì)全然改觀，叫做相變。其臨界條件即為相變點。RFPA方法中假定離散化后的細觀基元的力學性質(zhì)服從某種統(tǒng)計分布規(guī)律（如Weibull分布），由此建立細觀與宏觀介質(zhì)力學性能的聯(lián)系。如我們引入Weibull統(tǒng)計分布函數(shù)來描述，即： （2-1）式中：材料（巖石）介質(zhì)基元體力學性質(zhì)參數(shù)（彈模、強度、泊松比、自重等）；基元體力學性質(zhì)參數(shù)的平均

17、值；m分布函數(shù)的性質(zhì)參數(shù)，其物理意義反映了材料（巖石）介質(zhì)的均勻性，定義為材料（巖石）介質(zhì)的均勻性系數(shù)，反映材料的均勻程度；是材料（巖石）基元體力學性質(zhì)的統(tǒng)計分布密度。式（2-1）反映了某中材料（巖石）細觀力學性質(zhì)非均勻性分布情況。隨著均質(zhì)度系數(shù)m的增加，基元體力學性質(zhì)集中于一個狹窄的范圍之內(nèi)，表明材料（巖石）介質(zhì)的性質(zhì)較均勻；而當均勻性系數(shù)m值減小時，則基元體的力學性質(zhì)分布范圍變寬，表明介質(zhì)的性質(zhì)趨于非均勻。圖2-1給出了不同均勻性系數(shù)材料（巖石）介質(zhì)的彈性模量或強度的分布圖（代表彈性模量或強度等力學性質(zhì)參數(shù)）。圖2-1 具有不同均勻性系數(shù)材料基元體力學性質(zhì)分布形式以彈性模量為例介紹RFPA

18、中模型基元體力學性質(zhì)參數(shù)的賦值：設(shè)模型中所有基元的彈性模量平均值為，代表了具有某彈性模量E基元的分布值，基于式（2-1）彈性模量Weibull分布函數(shù)的積分為： （2-2）其中，為具有彈性模量E的基元的統(tǒng)計數(shù)量。由式（2-2）統(tǒng)計分布構(gòu)成的基元組成一個樣本空間，在均值不變的情況下，由于m值的差別，積分空間分布不一樣。這些基元構(gòu)成的材料介質(zhì)的細觀平均性質(zhì)可能大體一致（相同），但是由于細觀結(jié)構(gòu)的無序性，使得基元的空間排列方式有顯著的不同。這種細觀上的無序性正好體現(xiàn)了巖石類介質(zhì)獨特的離散性特征。（a） (a)（b） (b)（c） (c)圖2-2 不同均質(zhì)度介質(zhì)彈性模量空間分布形式與對應(yīng)的分布圖（a）

19、m=2；（b）m=5；（c）m=10圖2-2是三種不同均質(zhì)度介質(zhì)RFPA的隨機賦值的彈性模量的分布形式。圖中基元的灰度代表了彈性模量值的大小，灰度越高，彈性模量值越高，反之，則越低。由于均質(zhì)度系數(shù)越低，圖2-2（a）中的基元彈性模量值相差很大，表現(xiàn)出很強的離散性；由于均質(zhì)度系數(shù)越高，圖2-2（c）中基元之間彈性模量值差別小，整體上灰度趨于一致。圖2-2（a）（c）反映了某種介質(zhì)彈性模量非均勻性分布情況。其中橫坐標表示彈性模量單位，縱坐標表示分布所占的單元數(shù)。隨著均勻性系數(shù)m的增加，基元體的彈性模量將集中于一個狹窄的范圍之內(nèi)，表明彈性模量分布較均勻；而當均勻性系數(shù)m值減小時，則基元體的彈性模量分

20、布范圍變寬，表明彈性模量分布趨于均勻。4）應(yīng)力計算在RFPA系統(tǒng)中，整個分析對象被離散成若干具有不同物理力學性質(zhì)的基元，為了求解各個基元的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)，各基元之間需要滿足力的平衡、變形協(xié)調(diào)和一定的應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系（物理方程）。在眾多有關(guān)應(yīng)力、應(yīng)變的數(shù)值計算方法中，有限元是最理想的一種數(shù)值計算方法之一。它是將一個連續(xù)的介質(zhì)離散成由諸多有限大小的單元組成的結(jié)構(gòu)物體，然后通過力的平衡方程、幾何方程、物理方程求解各個離散體的力學狀態(tài)。因此，在RFPA系統(tǒng)中利用有限元作為應(yīng)力分析求解器。當然也可以選用其它的數(shù)值計算方法作為應(yīng)力分析求解器。應(yīng)力分析求解器相當于一個應(yīng)力計算器，它完成外載荷作用下對象內(nèi)部各基

21、元的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)的計算工作。5）相變分析在RFPA系統(tǒng)中，通過應(yīng)力求解器完成各個基元的應(yīng)力、應(yīng)變計算后，程序便轉(zhuǎn)入相變分析。相變分析是根據(jù)相變準則來檢查各個基元是否有相變，并依據(jù)相變的類型對相變基元采用剛度特性弱化（如裂縫或分離）或剛度重建（如壓密或接觸）的辦法進行處理。最后形成新的、用于迭代計算的整體介質(zhì)各基元的物理力學參數(shù)。在RFPA系統(tǒng)中，應(yīng)力計算和相變分析相互獨立，應(yīng)力求解器僅完成應(yīng)力、應(yīng)變計算，不參與相變分析。6）RFPA程序流程圖RFPA程序工作流程主要由以下三部分完成：實體建模和網(wǎng)格劃分。用戶選擇基元類型（實體、支護或空洞），定義介質(zhì)的力學性質(zhì)，進行實體建模和網(wǎng)格剖分；應(yīng)力計算

22、。應(yīng)力、應(yīng)變分析，依據(jù)用戶輸入的邊界條件和加載控制參數(shù)，以及輸入的基元性質(zhì)數(shù)據(jù)，形成剛度矩陣，求解并輸出有限元計算結(jié)果（應(yīng)力、節(jié)點位移）；基元相變分析。根據(jù)相變準則對應(yīng)力求解器產(chǎn)生的結(jié)果進行相變判斷，然后對相變基元進行弱化或重建處理，最后形成迭代計算剛度矩陣所需的數(shù)據(jù)文件；整個工作流程可見下圖，對于每個給定的位移增量，首先進行應(yīng)力計算，然后根據(jù)相變準則來檢查模型中是否有相變基元，如果沒有，繼續(xù)加載增加一個位移分量，進行下一步應(yīng)力計算。如果有相變基元，則根據(jù)基元的應(yīng)力狀態(tài)進行剛度弱化處理，然后重新進行當前步的應(yīng)力計算，直至沒有新的相變基元出現(xiàn)。重復(fù)上面的過程，直至達到所施加的載荷、變形或整個介質(zhì)

23、產(chǎn)生宏觀破裂。在RFPA系統(tǒng)執(zhí)行過程中，對每一步應(yīng)力、應(yīng)變計算采用全量加載，計算步之間是相互獨立的。開始實體建模和網(wǎng)格劃分，用統(tǒng)計分布函數(shù)，賦每個基元的剛度、相變值等施加載荷產(chǎn)生一個新的邊界位移或載荷形成新的剛度矩陣計算基元節(jié)點力和位移根據(jù)相變準則判斷是否有基元相變將相變基元進行弱化處理加載是否需要結(jié)束結(jié)束線彈性有限元求解器應(yīng)力分析相變分析否否是是 RFPA程序流程圖69第三章 RFPA2D-Strata安裝指南歡迎使用由大連力軟科技有限公司（Mechsoft）推出的真實破壞過程分析數(shù)值計算軟件RFPA2D-Strata軟件系統(tǒng) for Windows'2000/NT/XP/Windo

24、ws7。3.1系統(tǒng)要求 為能確保您的軟件成功安裝及順利完成您的計算問題，并把您的成果更好的展現(xiàn)出來，您應(yīng)擁有至少下列配置的機器。硬件 CPU: Pentium或以上配置的各種原裝、兼容機 至少512MBRAM 5GB可用磁盤空間 256彩色或24位真彩監(jiān)視器，最好顯示卡有64M以上顯存 CD-ROM 彩色打印機（可選）軟件 Microsoft Windows2000/NT/XP/Windows73.2 RFPA2D-Strata的安裝在進行軟件安裝之前，為了安全起見請將RFPA2D-Seepage軟件系統(tǒng)的安裝盤在您的機器上備份一套。（1）確信您的機器上已安裝了Windows'2000

25、/NT/XP/Windows7。（2）將安裝光盤放入光驅(qū)，在Windows'2000/NT/XP/Windows7下的Windows Explorer文件管理器里用鼠標雙擊光盤中的Setup.exe文件或者在Start菜單里彈出Run窗口敲入 G: Setup.exe（假設(shè)用戶的光驅(qū)為G盤），然后選擇OK即可；也可在控制面板利用“刪除/添加程序”控件按照提示安裝。只要按提示執(zhí)行，將依次彈出選擇目錄、安裝方式等對話框，按照您自己的要求選擇執(zhí)行方式。至安裝過程結(jié)束將最終在您機器的運行環(huán)境中產(chǎn)生一個RFPA2D程序組，并將安裝到用戶機器的開始菜單上去。建議立即重新啟動機器，以便系統(tǒng)注冊成功！

26、現(xiàn)在您已按安裝程序的提示成功的在您的機器上安裝完RFPA2D Seepage軟件系統(tǒng)，在安裝過程中建議最好按缺省安裝，這樣有利于您的機器系統(tǒng)管理和RFPA2D Seepage的正常運行。當您完成安裝后，確信將您的軟件光盤放在安全的地方。注意：為獲得更詳細的安裝知識，您也可閱讀安裝盤提供的README.TXT文件。在使用RFPA2D-Seepage軟件系統(tǒng)和參閱本章之前，直接從光盤閱讀。如果還沒有，最好閱讀第本章，然后正確安裝您的軟件。第四章 RFPA2D-Strata簡介4.1 RFPA2D-Strata的開發(fā)背景二維真實破裂過程分析系統(tǒng)（V2.0）是由大連力軟科技有限公司推出的一款全新的針對

27、二維模型的力學分析軟件，新版本的RFPA2D-Strata從軟件的整體結(jié)構(gòu)以及軟件的操作上都有了較大的改進，全新的UI界面使用戶操作更加方便簡潔。4.2如何獲得幫助在使用RFPA系列軟件遇到問題時候，可通過以下方式取得幫助：電話求助  Tel:mail求助 rfpaQQ群求助 RFPA技術(shù)交流群1：11971175 RFPA技術(shù)交流群2：541517874.3如何購買如果您需要購買RFPA系列軟件，可以聯(lián)系大連力軟科技有限公司咨詢購買事項。聯(lián)系方式：大連力軟科技有限公司地址：中國·大連經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)圖強街321號 軟件大廈201室郵編：1166

28、22Tel:ax:址：第五章 RFPA2D-Strata菜單5.1 RFPA2D-Strata計算步驟5.2 RFPA2D-Strata工作平臺的裝入：通過鼠標雙擊桌面上RFPA圖標裝入：通過開始菜單裝入，開始>>程序>>RFPA：通過Windows Explorer中運行RFPAstudio.exe 命令：c：RFPARFPAstudio.exe5.3 RFPA2D-Strata工作條介紹5.4 RFPA2D-Strata顏色灰度調(diào)整顏色灰度調(diào)整(Color Adjustment):用戶根據(jù)自己的研究和興趣需

29、要，可進行結(jié)果圖顏色灰度的調(diào)整；單擊左邊顏色框，調(diào)節(jié)右邊Minimum 和Maximum滑動按鈕。5.5 RFPA2D-Strata網(wǎng)格劃分Y Length(mm),X length(m): Y方向和X方向的尺寸均為所研究問題的實際尺寸，單位為毫米，建立模型的時候需要將實際尺寸換算成毫米，單元尺寸為實際 尺寸除單元個數(shù)。Rows(Elements),Cols(Elements): 單元列數(shù)和行數(shù)，單元尺寸的劃分原則前面已講述。Heterogeneity Index行：為均質(zhì)度，weibull統(tǒng)計分布函數(shù)中的參數(shù)m，反映巖石介質(zhì)的均質(zhì)性。若模擬地下工程等必須考慮模型本身的重力的工程問題時，需要輸

30、入自重的參數(shù)，注意自重的單位：N/mm3。Mean Value:為單元物理力學參數(shù)的平均值。5.6 RFPA2D-Strata強度特性設(shè)置摩擦角(Friction)：材料在垂直力作用下發(fā)生剪切破壞時錯動面的傾角 （材料固有）。壓拉比(C/T ratio)：材料抗壓強度與抗拉強度的比值。殘余強度百分比(Residual strength(%)：破壞后的殘余強度與破壞前強度的比值。殘余泊松比百分比(Residual poisson(%)：破壞后的泊松比與破壞前泊松比的比值。最大應(yīng)變(Maximum strain)：極限最大應(yīng)變與彈性最大應(yīng)變的比值（理解參見基元與其特性）。5.7 RFPA2D-St

31、rata力邊界條件設(shè)置加載方式(Load mode)：位移加載、應(yīng)力加載、圍壓控制、自由。加載初始步(Initial step)：開始施加力邊界條件的開始步。加載初始值(Initial value)：計算循環(huán)中加載起始步的值（選擇不同的加載方式則對應(yīng)不同的加載值）。加載增量(Increment)：兩個加載步之間變化量。正值表示壓，負值表示拉。加載終值(Final value)：用于設(shè)置加載循環(huán)中某方向上的終值。加載終止步(Final step)：設(shè)置加載的終止步。5.8 RFPA2D-Strata控制條件設(shè)置執(zhí)行完網(wǎng)格劃分命令就要對模擬區(qū)進行控制條件設(shè)置?？偪刂撇?Total step)：控制

32、整個程序的循環(huán)計算步。也就是所計算的循環(huán)步最終取決于此處的步數(shù)。步中步(step In step)：根據(jù)計算精度而顯示的兩步之間的小步。求解類型(Load type)：可進行平面應(yīng)變問題、平面應(yīng)力問題和軸對成問題的求解。重力方向(Weight direction)：重力方向的確定。5.9 RFPA2D-Strata系統(tǒng)自定義圖片類型和尺寸(Picture Type Size)：結(jié)果圖類型(Type)：此命令主要是定義在模型計算完成后要顯示圖形的類型和尺寸。根據(jù)研究問題的需要將相應(yīng)的結(jié)果圖選項上鉤上即可。圖形尺寸(Size)：對系統(tǒng)生成的結(jié)果圖進行大小設(shè)置，選Default默認，系統(tǒng)根據(jù)窗口大小

33、隨機生成。矢量單元間隔(Vector element intervals)：因為要表示矢量場，用箭頭表示矢量的大小方向，箭頭方向為矢量方向，箭頭長短表示矢量大小。位移矢量放大系數(shù) (Displacement vector amplified coeff)：為了計算結(jié)果顯示的我們能更好的看清以說明問題，對原始矢量大小給予適當?shù)姆糯蟆?yīng)力矢量放大系數(shù)(Stress vector amplified coeff)：解釋同位移放大系數(shù)。注：這些參數(shù)定義可在計算運行命令之前執(zhí)行，也可在計算命令之后執(zhí)行。顯示步(Show step)：顯示步(Show step)：此命令在設(shè)置重畫計算結(jié)果圖時候設(shè)置，設(shè)置重

34、畫計算步的間隔。也可在input redraw step 下面直接輸入要重畫的計算步，用英文狀態(tài)下的逗號相隔。重畫(Redraw)：是系統(tǒng)對計算數(shù)據(jù)進行重新生成圖像的操作，原計算數(shù)據(jù)不變化，只是新生成的結(jié)果圖將覆蓋和上次生成的名稱相同的圖形。不同于系統(tǒng)重置(reset)。聲發(fā)射圖設(shè)置(AE Picture Setting)：聲發(fā)射圓大小(Type size)：設(shè)置聲發(fā)射圓大?。ù硐鄬δ芰炕蛘鸺壌笮。?，Amplified radius是指在原能量圓大小的基礎(chǔ)上放大的倍數(shù)。所有步(For all steps)：顯示當前所有步的聲發(fā)射圓。當前步(For current step)：顯示當前單步的聲

35、發(fā)射圓。發(fā)射圓顏色(AE color)：用聲發(fā)射圓顏色進行區(qū)別單元的破壞是抗拉破壞、抗壓破壞、還是抗剪破壞。雙擊顏色框進行調(diào)節(jié)。高級設(shè)置(Advanced Setting)主要對破壞后和空氣單元的參數(shù)進行調(diào)整(初學者將詞項默認)。分離系數(shù)(Detached coeff)：主要為了處理破壞后單元的顯示狀態(tài)，當破壞單元的變形(受拉)達到分離系數(shù)指定的變形量時，認為單元已徹底分離，將不在顯示此單元，值為1-100。設(shè)置為5時，表示當單元的最大變形超過5倍單元原始尺寸時，不再顯示此單元。灰度系數(shù)(Gray degree coeff)：是通過去掉高亮度單元來調(diào)整總體的亮度范圍，值在01之間，其意義為：假

36、設(shè)模型單元數(shù)為10，000個，灰度系數(shù)為0.01，則表示在顯示時去掉10，000×0.01=100個最亮的個單元級別。大位移(Large displacement)：是在處理自重問題時，當破壞的單元下落的位移超過設(shè)置值時，則認為破壞單元脫離母體單元，值為單元邊長的倍數(shù)。其他設(shè)置(Others setting)變形放大系數(shù)(Deformation)：對破模型的尺寸在顯示時做放大處理，如有時計算完成后發(fā)現(xiàn)模型沒有變化則可能是放大系數(shù)設(shè)置的太小；反之，當計算完成后顯示的圖形出現(xiàn)全黑時，則有可能是因為放大系數(shù)設(shè)置過大的緣故。計算精度系數(shù)(Accurate of stress)：表示控制計算精

37、度，如設(shè)置為0.0001時，則表示當破壞單元達到總單元數(shù)萬分之一時，系統(tǒng)不再做當前不的循環(huán)計算。5.10 RFPA2D-Strata基本設(shè)置在巖層移動分析中，節(jié)理實際上是巖層之間的弱層，它的功能是能夠抵抗上下的壓力，但不能承受上下之間的拉應(yīng)力。所以，節(jié)理系數(shù)的拉、壓應(yīng)變系數(shù)設(shè)的相對較小。節(jié)理的參數(shù)設(shè)置如圖：（1）C/T設(shè)大，一般設(shè)10-20之間。（2）彈模小、抗壓強度小。（3）最大拉應(yīng)變系數(shù)（Tension）小，一般設(shè)為1.0左右。（4）最大壓應(yīng)變系數(shù)（Compression）小，一般設(shè)為20左右。（5）水平節(jié)理和垂直節(jié)理高度設(shè)置盡量小，這樣效果好。節(jié)理設(shè)置步驟：（1）啟動鼠標操作開關(guān)。（2）

38、設(shè)置節(jié)理的力學參數(shù)，按彈出材料特性對話框如下圖。節(jié)理高度設(shè)置：設(shè)置節(jié)理單元的高度如下圖（4）在模型上拉線進行節(jié)理的設(shè)置。5.11 RFPA2D-Strata經(jīng)典算例5.11.1地下工程開挖引起地應(yīng)力重分布模擬模型及參數(shù)： 模型尺寸10000mm×20000mm ，網(wǎng)個劃分為100×200個基元 。采用平面應(yīng)變問題。水平設(shè)置位移固定，垂直方向自由。通過開挖步控制。分五步開挖，每步向右開挖1000mm，開挖寬度（高度）為1000mm。力學性質(zhì)參數(shù)如下表：均質(zhì)度彈性模量強度Poisson自重3500002000.252.5e-5摩擦角C/T Max strain TMax str

39、ain CStrength criterion30101.5200M-C CriterionRFPA數(shù)值模型：建模過程：第一步劃分網(wǎng)格，單擊在彈出的窗口中輸入模型的材料參數(shù)和模型的大小，網(wǎng)格的數(shù)量，單擊Strength criterion設(shè)置摩擦角等參數(shù)如圖：第二步分步開挖：單擊選擇cavity，設(shè)置初始開挖步，這里我們從第2步開始開挖單擊OK，再接下出現(xiàn)的窗口默認設(shè)置單擊OK即可。選擇輸入開挖的坐標如圖所示，重復(fù)上面的步驟直到開挖完成為止。第三步設(shè)置邊界條件。單擊按實際情況設(shè)置模型的邊界條件如圖：模擬結(jié)果 第一步開挖第二步開挖 第三步開挖 第四步開挖 第五步開挖5.12.2開采誘發(fā)的巖層移動

40、頂板冒落模擬模型：上硬下軟型巖層頂板冒落模型尺寸50m×100m，網(wǎng)個劃分為100×200個基元 。采用平面應(yīng)變問題。本模型共分不同巖性的5層巖層，力學參數(shù)及厚度如表1所示。本模型計算的目的是主要在于考察自下而上厚度和強度呈遞增狀態(tài)的頂板破壞過程及特征。水平設(shè)置位移固定，垂直方向自由。通過開挖步控制。每步向右開挖1000mm，開挖寬度（高度）為1000mm。力學性質(zhì)參數(shù)如下表：層序巖性厚度（m）彈性模量（MPa）抗壓強度（MPa）自重（N/mm3）摩擦角(度)泊松比頂板3砂巖308000802.65300.25頂板2砂巖7.55000502.5350.30頂板1砂頁巖530

41、00302.5370.30煤層2.51000251.8380.35底版砂巖5100001002.65300.25位置均質(zhì)度彈?？箟簭姸茸灾豈 S -TM S -C壓拉比節(jié)理501000102.01.02050RFPA數(shù)值模型模型的建立整個建模的過程和上例相同，因而不再重復(fù)述說。模擬結(jié)果第六章 RFPA2D常見問題6.1軟件安裝問題與解答6.1.1關(guān)于RFPA注冊【問題】：RFPA軟件在安裝完成后為什么要進行注冊操作？【解答】：RFPA程序由大連力軟科技有限公司保留所有版權(quán)，為了更好的保護用戶的權(quán)益，RFPA程序在發(fā)布時加入注冊機程序，根據(jù)機器硬件序列號算碼，要求用戶第一次安裝并使用（或試用）R

42、FPA程序注冊程序（正確注冊后下次運行程序不在注冊）?！締栴}】：如何獲取RFPA軟件注冊碼？【解答】：途徑1：通過官方網(wǎng)站免費注冊會員獲取注冊碼。途徑2：將機器碼Email至rfpa或xhzhu獲取注冊碼，或致電大連力軟科技有限公司（86）411-87315655獲取。如在途徑1中未爭取獲得直接聯(lián)系大連力軟科技有限公司。6.1.2關(guān)于RFPA軟件加密狗【問題】：成功安裝RFPA程序后，卻不能運行，提示不能找到加密狗（Cant find the dog!），如下圖所示，什么原因？【解答】：出現(xiàn)此提示可能有4個原因：1）未安裝加密狗驅(qū)動程序；在安裝完RFPA后，為使程序能正常運行，用戶必須安裝加密

43、狗的驅(qū)動程序。在安裝的最后一步，要選中運行SoftDogInstdrv.exe，否則將提示不能找到狗。如下圖所示。2)所用加密狗與軟件版本不配套。（請與大連力軟科技有限公司聯(lián)系）3)插入加密狗的USB接口不能正常使用。4)加密狗硬件損壞。（請與大連力軟科技有限公司聯(lián)系）6.1.3關(guān)于RFPA安裝：Win7下程序無法正常運行【問題】：RFPA2D安裝程序安裝到Win7系統(tǒng)后，運行程序提示錯誤，是什么原因？如何解決？【解答】：產(chǎn)生錯誤的原因是本軟件是32位機器上開發(fā)的32位程序，Win7是64位系統(tǒng)，用戶需要右鍵單擊軟件安裝到桌面上的圖標，再彈出的右鍵菜單中選擇屬性并單擊，彈出屬性界面，選擇【兼容

44、性】標簽，在兼容模式組合框中選擇用兼容方式運行這個程序，并在下拉列表框中選擇windows xp（32位），按下確定按鈕，然后程序就可以正常運行。6.1.4不能加載繪圖控件服務(wù)器【問題】：運行程序后提示不能加載繪圖控件服務(wù)器（Can not load Graphic Server!），如下提示框，是什么原因？如何解決？【解答】：出現(xiàn)此提示框的原因主要是繪圖控件未成功加載，主要產(chǎn)生于操作系統(tǒng)配置缺少繪圖控件文件，系統(tǒng)的Graphics Server未啟動。解決方案：（1）為將RFPA安裝目錄下的GRAPH32.OCX、GSW32.EXE、GSW.EXE、GSWAG32.DLL、GSWDLL32、

45、GSWDLL.DLL、REGSVR32.EXE文件拷貝到系統(tǒng)system32目錄下。重新啟動電腦后即可加載成功；（2）可以通過Windows Explore中查找命令確定Graph32.ocx和Regsvr32.exe的路徑（缺省安裝它們在Windwos的System32目錄中），在開始菜單的運行中執(zhí)行. Regsvr32.exe Graph32.ocx將Graphics Server注冊即可。6.1.5模型構(gòu)建完成后，提示無法計算【問題】：構(gòu)建模型完成后，執(zhí)行計算提示錯誤發(fā)生，請檢查模型設(shè)計是否正確，如下提示框，是什么原因？如何解決？【解答】：產(chǎn)生的原因是有限元計算模塊未成功調(diào)用。解決方案：

46、檢查RFPA安裝目錄下是否有FEM_Solid2D.exe文件，如果缺失該文件，請重新安裝。如果有該文件雙擊運行，如果提示系統(tǒng)配置不正確，可能由于操作系統(tǒng)缺少.Net Frame 3.0及以上程序框架。請安裝 .Net Frame程序框架后，重新啟動計算機，然后運行RFPA程序即可。【問題】：當不能打開已有的*.rfp文件時是什么原因？【解答】：可能是由于兩種原因造成：文件在保存過程中機器出現(xiàn)了內(nèi)存或其它方面的意外，致使保存的文件不完善，缺少部分信息，如果用戶將其另存為一文件，仍然打不開，則只有請刪除并重新創(chuàng)建它?！締栴}】：這個軟件能否對巖爆模擬？【解答】：看你怎么建立巖爆模型。一般來講，盡管

47、巖爆瞬間是動力學問題，但其實我們關(guān)心的是巖爆的孕育過程，即由漸進破裂直至失穩(wěn)的發(fā)展過程。它實際是一個準靜態(tài)問題。可以用RFPA模擬?！締栴}】：RFPA可以做巖樣超聲波探傷模擬？【解答】：不可以。【問題】：您說巖石的均值度設(shè)為多少比較合適？【解答】：根據(jù)巖石的非線性特征可以初略確定，對于有明顯軟化段的缺陷，一般小于2?！締栴}】：rfpa能模擬接觸理論不？【解答】：只能模擬小變形情況下的點載荷接觸?！締栴}】：實際的彈性模量和咱們模擬的時候設(shè)置的彈性模量大概關(guān)系是？我看見威布爾分布，但是怎么確定？那有一個大概的比例范圍？【解答】：RFPA的彈性模量是各單元彈性模量統(tǒng)計分布的均值，正常情況是略大于實際

48、整體彈性模量。但強度的均值要遠大于實際的宏觀強度值。因為在破壞過程中，單元總是從低強度的地方開始破壞，所以，試樣的宏觀強度遠低于單元的平均強度。最好的辦法是針對你的問題做試算，類似反分析，一般可以令彈模相等，強度任意給定，算兩次，然后插值即可獲得均值強度?！締栴}】：為什么可以令彈模相等（或略大）？【解答】：是因為宏觀應(yīng)力計算主要依賴于平均彈模性質(zhì)，而破壞計算主要依賴小強度單元性質(zhì)。即在做應(yīng)力計算時，可以采用平均化理論，但做破壞分析時，通常的平均化理論是不可以隨便用的。這也就是RFPA軟件為什么要考慮非均勻性（特別是強度），而不將材料性質(zhì)假設(shè)成均勻的原因。6.2軟件操作問題與解答6.2.1 RF

49、PA2D-Basic操作問題與解答【問題】：當計算中途發(fā)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置不合理，如何在不重新建模下更改參數(shù)？【解答】：在這種情況下，可以不重新建模只需更改材料參數(shù)重新計算，具體操作方法為：第1步：停止運行當前程序；第2步：Reset命令重置當前模型；第3步：在編輯材料中，選擇要更改的材料的破壞特性、彈力特性或滲流特性，在彈出的對話框中更改參數(shù)即可；第4步：重新運算；【問題】：當巖石出現(xiàn)裂隙后，怎樣區(qū)分拉伸破裂和剪切破裂？【解答】：通過聲發(fā)射圓圈的顏色區(qū)分，默認紅色為拉伸破裂，白色為剪切破裂，具體顏色用戶可以在Self Define中調(diào)節(jié)。【問題】：請問RFPA中，聲發(fā)射中的圓圈是什么意思，圓圈的大小

50、代表什么？【解答】：圓心代表聲發(fā)射位置、圓圈大小代表聲發(fā)射釋放的能量?！締栴}】：在RFPA模擬的時候，為什么有時候有的步數(shù)有AE Count而沒有AE Energy?【解答】：如果有AE Count這一步就有能量釋放，有可能能量很小，在這里精度太低近似為0了，而不是沒有?！締栴}】：計算完畢后，查看多單元信息命令，為什么是顯示灰色不可用狀態(tài)?【解答】：多單元信息查看命令只有在模型設(shè)計窗口中才可用，因為只有在模型設(shè)計中才有網(wǎng)格信息，而在其他窗口下如Shear下為圖片信息(BMP圖)，在模型設(shè)計中拉線（注意，不是繪直線）選定多元信息。6.2.2 RFPA2D-Flow操作問題與解答【問題】：在模擬突

51、水問題的滲流計算的時候，巖層中有含水層、有隔水層，含水層和隔水層中的水壓力肯定是不同的，在RFPA程序中如何體現(xiàn)其中的水壓力的不同？【解答】：實際中含水層和隔水層的滲透系數(shù)、孔隙水壓力系數(shù)肯定是會有比較大的差別的，在進行模擬時，針對含水層和隔水層的這種差別肯定也要體現(xiàn)出來，即：輸入的滲透系數(shù)、孔隙水壓力系數(shù)肯定是不同的，那么即使在統(tǒng)一的外部滲流邊界下，那么經(jīng)計算之后，含水層和隔水層中水壓力分布就會體現(xiàn)出明顯的差異?！締栴}】：對于以下所示模型，巖層和煤層的滲流邊界流量為0如何設(shè)置？【解答】：外部邊界巖層直接把滲流邊界加到四邊即可（方形的四邊），就可以保證巖層四周的流量為0了。內(nèi)部煤層的滲流邊界設(shè)

52、置通過孔系壓力系數(shù)來控制，在滲流版中，目前的滲流邊界，也就是按住“”，然后按“”圖標操作的滲流邊界，一律是針對模型的左右、上下四個直邊界來操作的，內(nèi)部單元不要加這些邊界，內(nèi)部單元的透氣、不透氣、隔水、不隔水，是靠開挖、充填、滲透系數(shù)等來控制的?！締栴}】：在做水壓致裂時，中間孔是開挖還是填充材料？水壓增量怎么設(shè)置？【解答】：中間為開挖。在開挖的時候，會有一個滲流邊界設(shè)置，里面有水頭和流量等，只要在那里填上對應(yīng)的值，那么開挖掉的部分就會加上相應(yīng)的滲流邊界了?！締栴}】：在模擬突水問題的滲流計算的時候，巖層中有含水層、有隔水層，含水層和隔水層中的水壓力肯定是不同的，在RFPA程序中如何體現(xiàn)其中的水壓力

53、的不同？【解答】：實際中含水層和隔水層的滲透系數(shù)、孔隙水壓力系數(shù)肯定是會有比較大的差別的，在進行模擬時，針對含水層和隔水層的這種差別肯定也要體現(xiàn)出來，即：輸入的滲透系數(shù)、孔隙水壓力系數(shù)肯定是不同的，那么即使在統(tǒng)一的外部滲流邊界下，那么經(jīng)計算之后，含水層和隔水層中水壓力分布就會體現(xiàn)出明顯的差異。6.2.3 RFPA2D-Strata操作問題與解答【問題】：在計算巖層移動問題的時候，節(jié)理單元的參數(shù)如何選取與設(shè)置？【解答】：一般來說，節(jié)理單元的彈性模量和強度都比較低，也就是低于其他巖層的強度和彈性模量，并且節(jié)理的抗壓不抗拉，容易產(chǎn)生拉伸破壞。節(jié)理的參數(shù)選取有如下原則和特性：提高壓拉比（C/T），推薦

54、設(shè)置15以上，默認值為10；彈性模量和強度相對其他巖層較低；最大拉應(yīng)變系數(shù)設(shè)小，推薦設(shè)置小于1.3，默認1.5；使單元易；拉壞；最大壓應(yīng)變系數(shù)設(shè)小，推薦設(shè)置小于100，默認200，一旦拉壞，再接觸時，如果最大壓應(yīng)變系數(shù)比較大，就會出現(xiàn)嵌入現(xiàn)象；【問題】：在模擬巖層移動問題時，要進行很多步的開挖，如何實現(xiàn)自動連續(xù)開挖？【解答】：在“Material type”對話框中指定第幾步開始開挖之后，在菜單“insert”的“cavity tool”對話框中，設(shè)置開挖的方向、開挖的總步數(shù)，之后，用鼠標在模型上進行“一步”開挖，之后，余下的開挖步程序會自動實現(xiàn)。6.2.4 RFPA2D-Thermal操作問

55、題與解答【問題】：在用溫度分析版計算熱傳導問題的時候，模型內(nèi)部孔周溫度如何設(shè)置？【解答】：在使用Cavity開挖孔的時候，所賦予的初始溫度值就是空洞邊緣的溫度值。6.2.5 RFPA2D-SRM操作問題與解答【問題】：計算邊坡或者隧道的安全系數(shù)，利用強度折減法，其安全系數(shù)如何計算？【解答】：在強度折減版RFPA2D-SRM中，由折減系數(shù)和失穩(wěn)時當前的計算步step可求出結(jié)構(gòu)初始時未折減時強度儲備安全系數(shù)，安全系數(shù)fs的計算公式如下：其中，step為破壞時當前的計算步。6.2.6 RFPA2D-Centrifugal操作問題與解答【問題】：計算邊坡或者隧道的安全系數(shù)，利用離心加載法，其安全系數(shù)如何計算？【解答】：在離心加載版RFPA2D-Centrifuge中，讓模型單元自重逐