《FLAC3D的实例应用分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《FLAC3D的实例应用分析.ppt（101页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、主讲：王金安 教授,提 纲,一FLAC3D软件简介,二FLAC3D应用实例,三FLAC3D软件应用,四FLAC3D模拟技巧,1FLAC3D软件简介,FLAC3DFast Lagrangian Analysis of Continua in 3DimensionsFLAC3D建立在拉格朗日算法基础上，采用有限差分显式算法来获得模型全部运动方程(包括内变量)的时间步长解，从而可以追踪材料的渐进破坏和垮落，这对研究岩土工程设计是非常重要的。FLAC3D适用模拟计算岩土材料力学行为，特别适合模拟大变形和扭曲，包括材料的高度非线性(应变硬化/软化)、不可逆剪切破坏和压密、粘弹(蠕变)、孔隙介质的应力渗流
2、耦合、热力耦合以及动力学问题等。,采用“混合离散法”用以精确模拟塑性坍塌和塑性流动。这种方法比有限元法中采用的渐进迭代更为有效。采用全动力运动方程，即时对于静力问题也是如此。这使得FLAC3D能够没有任何障碍地模拟物理不稳定性问题。采用显示求解方式（与常用的隐式方法比较）。显示方法在求解非线性问题的（应力应变关系）时间几乎等同于线性关系问题，而隐式算法可能花费很长时间，因为它并不需要储存任何矩阵，因此，不需要修改刚度矩阵，这就意味着：（a）具有中等内存的计算机能够采用较多的计算单元模拟；（b）模拟大应变问题比小应变问题几乎不多花计算时间。,1FLAC3D软件简介,1.1、有限差分法,1.2、F
3、LAC3D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,1.3、FLAC3D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模型双线性应变硬化/软化遍布节理模型Morh-Coulomb模型应变硬化/软化模型遍布节理模型修正剑桥模型和胡克布朗模型,1.3、FLAC3D本构模型,梁(beam)单元锚索(cable)单元桩(pile)单元壳(shell)单元格栅(geogrid)单元土工织物；土工格栅衬砌(liner)单元
4、,beam,cable,shell,geogrid,liner,pile,结构单元类型,1.4、FLAC3D结构单元,三角形单元(无厚度!)2.三种工作模式粘结界面粘接滑移库伦滑动,接触单元原理,1.5FLAC3D接触单元,命令栏,1.6、FLAC3D界面介绍,1.6、FLAC3D界面介绍,图形显示窗口,提 纲,一FLAC3D软件简介,二FLAC3D应用实例,三FLAC3D软件应用,四FLAC3D模拟技巧,2.1、老虎台矿开采诱发矿震的力学机理分析,地质条件,E5200剖面图,老虎台矿开采历史,老虎台矿自1907年开始开采，至今已有近百年的开采历史。,1988年1月至2000年5月，随着老虎台
5、矿开采深度增大和向断裂构造逼近，矿震频率和震级都呈上升趋势，平均每月发生矿震52.2次，远远超出了抚顺地区天然地震的数量，最大震级达到3.6ML。,矿震事件统计,矿震震级、频度与时间特征,计算模型,1999-2000,E5200,E6000,1992,2000,破坏场发展趋势,E5200,E6000,1999-2000,近断层岩体的动力学响应,78001-1,F25断层露头,78001-1,F25断层-200m,（井田西部）,78001-1,78001-1,F25断层-400m,F25断层煤层（-595m）,（井田西部）,近断层岩体的动力学响应,2.2 程潮铁矿主溜井特大塌方治理,1#、2#主
6、溜井的布置图,“托斗法”法方案主视图,“托斗法”方案局部剖视图,加固前后主溜井围岩位移矢量场,加固前,加固后,卸矿水平剖面,加固前,加固后,加固前后主溜井围岩位移矢量场,卸矿井筒剖面,2.3 鹤壁四矿村庄下厚煤层特殊开采,剖面图,中央条带两翼长壁开采方案,80m,150m,150m,三维计算模型图,中央条带两翼长壁工作面开采后地表下沉,中央条带两翼长壁工作面开采后地表水平变形,(a)X-方向,(b)Y-方向,2.4 综放采场围岩应力分布与稳定性研究,三 维 模 型,走向剖面,倾向剖面,模型剖面图,综放工作面煤层内垂直应力分布三维视图,沿煤层走向综放工作面中部围岩主应力场,沿煤层倾斜剖面工作面前
7、方150m围岩主应力场,沿煤层倾斜剖面工作面前方15m围岩主应力场,沿煤层倾斜剖面工作面处围岩主应力场,沿煤层倾斜剖面工作面后方200m围岩主应力场,沈阳地铁一号线线路图,2.5沈阳地铁沈阳站施工力学行为分析,沈阳站地表建筑图,沈阳站剖切模型图,地下结构模型图,Z向位移,X向位移,Y向位移,开挖后地表土体位移分析,基坑开挖后围护结构分析,主应力矢量图,围护结构水平位移图,提 纲,一FLAC3D软件简介,二FLAC3D应用实例,三FLAC3D软件应用,四FLAC3D模拟技巧,3.1、建模与模拟过程,根据研究目的对实际模型进行构思与概化，计算模型所涉及的复杂程度取决于研究目的。根据工程影响区域确定
8、计算模型的尺寸,单元类型的确定、网格划分，形成计算网格。安排工程对象（开挖、支护等）。输入力学参数。确定边界条件。进行模拟计算。结果分析。,基本步骤,3.2、FLAC3D基本称谓,3.3、FLAC3D节点与单元编号,节点,单元,3.3、基本单元生成,基本单元,Gen zone brick p0 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 size n1 n2 n3&ratio r1 r2 r3 group name,命令,p0 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7为各节点空间坐标n1 n2 n3为沿x,y,z方向单元数r1 r2 r3为沿x,y,z方向单元大小的比值group 后为自定义组名
9、,注释,3.3、基本单元生成,gen zone brick p0 0 0 0 p1 20 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0 10&size 10 5 5 ratio 0.8 0.8 0.8 group name,例,3.3、基本单元生成,3.3、基本单元生成,wed,uwed,gen zone wed p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0 10 size 8 6 8&ratio 1.2 1 0.83 group namegen zone uwed p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0 10 size 8 6 8&rat
10、io 1.2 1 0.83 group name,例,Gen zone wed p0 p1 p2 p3 p4 p5 size n1 n2 n3 ratio r1 r2 r3 group nameGen zone uwed p0 p1 p2 p3 p4 p5 size n1 n2 n3 ratio r1 r2 r3 group name,命令,3.3、基本单元生成,3.4、特殊单元生成,例,gen zone cylinder p0 p1 p2 p3 p4 p5 size n1 n2 n3 ratio r1 r2 r3 group namegen zone cshell p0 p1 p2 p3 p
11、4 p5 dim d1 d2 d3 d4 size n1 n2 n3 n4&ratio r1 r2 r3 r4 group name1 fill group name2,命令,gen zone cylinder p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0 10 size 6 7 8 group 1gen zone cshell p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0 10 dim 5 5 5 5 size 6 7 8 group 1gen zone cshell p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0
12、10 dim 5 5 5 5 size 6 7 8 3 group 1 fill group 2,3.4、特殊单元生成,3.4、特殊单元生成,例,gen zone radcylinder p0 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 dim d1 d2 d3 d4 size n1 n2 n3 n4 ratio r1 r2 r3 r4 group name1 fill group name2gen zone radtunnel p0 p1 p2 p3 p4 p5 dim d1 d2 d3 d4 size n1 n2 n3 n4&ratio r1 r2 r3 r4 group name1 fil
13、l group name2,命令,gen zone radcylinder p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0 10 dim 5 5 5 5&size 6 7 6 5 group 1 gen zone radtunnel p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0 10 dim 5 5 5 5&size 6 7 6 5 group 1gen zone radcylinder p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0 10 dim 5 5 5 5&size 6 7 6 5 group 1 fill gr
14、oup 2,3.4、特殊单元生成,3.4、特殊单元生成,gen zone cylint p0 p1 p2 p3 p4 p5 dim d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 size n1 n2 n3&n4 n5 ratio r1 r2 r3 r4 r5 group name1 fill group name2gen zone tunint p0 p1 p2 p3 p4 p5 dim d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 size n1 n2 n3&n4 n5 ratio r1 r2 r3 r4 r5 group name1 fill group name2,命令,例,gen zone c
15、ylint p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0 10 dim 3 3 3 3 3 3 3&size 6 7 6 5 2 group 1 gen zone tunint p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0 10 dim 3 3 3 3 3 3 3&size 6 7 6 5 5 group 1gen zone cylint p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0 10 dim 3 3 3 3 3 3 3&size 6 7 6 5 2 group 1 fill group 2,3.4、特殊单元生成
16、,gen zone reflect normal xv yv zv origin x y z range,命令,例,gen zone cshell p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 20 0 p3 0 0 10 dim 5 5 5 5&size 6 7 8 group 1gen zone reflect nor-1 0 0 ori 0 0 0 gen zone reflect nor 0 0-1 ori 0 0 0,注释,xv yv zv分别为镜像面法向量沿各坐标轴分量x y z为镜像面上任意一点空间坐标,3.4、特殊单元生成,其他特殊单元,3.4、特殊单元生成,3.4、特殊单元
17、生成,3.4、特殊单元生成,3.4、特殊单元生成,3.4、特殊单元生成,3.4、特殊单元生成,3.4、特殊单元生成,3.4、特殊单元生成,3.4、特殊单元生成,3.4、特殊单元生成,3.5赋单元材料性质,在FLAC3D 中，除了横观各向同性弹性和正交各向同性弹性模型外，采用了体积模量K和剪切模量G作为计算参数,而不是杨氏模量E和泊松比。,转换关系,当V0.5时，上式计算的K值变为无穷大，导致解的收敛速度非常慢，所以使用时注意。,mod e(弹性)prop bu 12.5 sh 5.77 range ini density 2400e-6 rangemod m（弹塑性Mohr-Coulumb准则
18、）prop bu 12.5 sh 5.77 c 0 fri 20 ten 0.015 rangeini density 1800e-6 rangemod ss（应变软化模型）Prop bulk 710 shear 310 coh 2.44 fric 25 dil=10 ten 1.06 ct 4 ft 2 dt 3 ct 1 ft 2 dt 3 tt 4 rangetab 1 0.0,2.44 1e-8,0.48 tab 2 0.0,25 1e-8,12 tab 3 0.0,10 1e-8,2.0 tab 4 0.0,1.06 1e-8,0.32ini density 1400e-6 rang
19、e,range 后为赋值范围,缺省值时为整个模型,3.5赋单元材料性质,density 重度 bulk 体积模量shear 剪切模量cohesion 粘聚力friction 摩擦角ctable 涉及凝聚力c 与塑性剪切应变的表号dilation 剪胀角dtable 涉及剪胀交与塑性剪切应变的表号ftable 涉及摩擦角与塑性剪切应变的表号tension 抗拉强度ttable 涉及极限张拉强度与塑性剪切应变的表号,3.5赋单元材料性质,注：1bar=106dynes/cm2=105N/m2=105Pa,注意：在FLAC 3D中渗透率 样本渗透率（cm2）9.9102 水力传导率（cm/sec）1
20、.02106,系统单位力学参数,系统单位渗透参数,注意单位一致性,岩土工程常用单位,3.5赋单元材料性质,固定边界命令,fix x range x a-0.1 a+0.1fix x range x b-0.1 b+0.1fix y range y c-0.1 c+0.1 fix y range y d-0.1 d+0.1fix z range z e-0.1 e+0.1,（a,c.e）,（b,c,e）,注释：,上语句中，0.1可根据单元大小自动设置a,b,c,d,e为模型各边界节点坐标值,（b,d,e）,3.6边界条件,apply yf-10 range或 apply syy-10 range
21、apply xf-5 range或 apply sxx-5 range,ini sxx-10 rangeini syy-5 range,apply yf用于集中力apply SYY用于面力，如均布荷载ini Sxx用于体力，如地应力的施加range 后为赋值范围,缺省值时为整个模型,施加边界力(结点),赋单元应力(结点),注释,3.6边界条件,Gen merge valueAttach face an valueAttach face tol valueGeom_testSet grav 9.81Set largeStep nSave name.sav,3.7计算,粘结相邻节点粘合相邻角度小于
22、value的面粘合相邻距离小于value的面单元测试设置重力加速度启用大变形模式设置运行步数存盘,3.8结果显示命令,Plot show;进入图形窗口plot create szz_contourplot set cent 4 4 5plot set rot 20 0 30plot set mag 1.0Plot add cont szzsyysxxsxysminsmaxPlot add block szzsyysxxsxysminsmaxPlot add block statePlot add axes,ctrl+c 设置窗口消息ctrl+g 在灰色与彩色之间转换ctrl+r 恢复到窗口默认
23、状态ctrl+z 用矩形窗口栏选shift+m模型缩小 m模型增大 方向键使模型向其方向移动,命令,快捷键,3.8结果显示菜单,gen zon bri size 3 3 3;建立网格model elas;材料参数prop bulk 3e8 shear 1e8ini dens 2000;初始条件fix z ran z-.1.1;边界条件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 0-10 solve;求解app nstr-10e4 ran z 3 x 1 2 y 1 2solve
24、plot cont szz,简单应用 1,3.9简单应用,简单应用 2,3.9简单应用,gen zone radcylinder size 25 1 25 25gen zone reflect normal-1 0 0gen zone reflect normal 0 0-1gen merge 1e-5model mohrprop dens=1000 bu=1e8 sh=7e7 fric 25 coh 3.5e4 tens 1e10fix yfix x range x-24.9-25.1fix x range x 24.9 25.1fix z range z-24.9-25.1set grav
25、 10ini szz-1e6 grad 0 0 1e6ini sxx-0.5e6 grad 0 0.5e6 0ini syy-0.5e6 grad 0 0.5e6 0plot add contour zdispsolve ratio 2e-3,建立1/4模型沿x轴镜像沿z轴镜像粘合节点赋予本构模型赋材料参数固定边界固定边界固定边界固定边界设置重力加速度赋初始应力赋初始应力赋初始应力显示设置运算,3.9简单应用,3.9简单应用,3.9简单应用,3.10小结,提 纲,一FLAC3D软件简介,二FLAC3D应用实例,三FLAC3D软件应用,四FLAC3D模拟技巧,模型尺寸模型单元数与计算机配置，运行
26、时间的关系。FLAC3D运行时间正比于，N为单元数建模时命令gen zone reflect/copy的应用gen merge value命令中value值大小，小粘结功能失效，大则网格嵌入合理选择本构模型与材料参数模型开挖时mode null与dele选择,4.1模型建立与开挖,关键：要形成同一位置形成两个节点(面)步骤：建两个分开的模型建立接触单元通过INI*add使模型接触注意dist的含义,接触面,dist,断层建立步骤,4.2模拟断层,gen zone brick size 3 3 3&p0(0,0,0)p1(3,0,0)p2(0,3,0)p3(0,0,1.5)&p4(3,3,0)p
27、5(0,3,1.5)p6(3,0,4.5)p7(3,3,4.5)group Basegen zone brick size 3 3 3&p0(0,0,1.5)p1(3,0,4.5)p2(0,3,1.5)p3(0,0,6)&p4(3,3,4.5)p5(0,3,6)p6(3,0,6)p7(3,3,6)group Top range group Base notgen separate Topinterface 1 wrap Base Topint 1 prop kn 2200 ks 1500 c 0.4 fri 26 ten 0.0001,4.2模拟断层,sel beam id 1 begin 1
28、39.5 31.2-14.78 end 139.5 55.75-14.78sel beam property den 7.85e-3 emod 2e5 n 0.3 xca 8.4e-3 xciy 3.9e-4 xciz 3.9e-4 xcj 7.8e-4 y 1 0 0 range id 189 239his id 30 sel beam f fx cid 1sel delete beam range id 1,beam,4.3梁单元应用,梁单元在网格处可为刚或轴连接，能够用来代表结构元件。例如：梁可以模拟地下开挖洞室支护结构或隧道的钢拱架。,锚索单元在与FLAC 3D 网格连接处允许沿长度方
29、向变形,锚索连接点用能够发生相对变形和剪切屈服的弹簧滑块系统表示。锚索单元也能够在张拉过程中屈服，但不能承受弯矩。锚索单元可用来模拟诸如岩石锚杆、锚索、土钉等一大类岩土体支护构件.,4.4锚索单元应用,sel cable id=1 begin=(x1,y1,z1)end=(x2,y2,z2)nseg=nsel cable prop xcarea=2e-3 emod=200e9 yTens=1e20&gr_k=1e10 gr_coh=1e20 gr_per=0.314 gr_fric=25hist id 1 sel cable force(x,y,z),Xcarea:横截面面积Emod：弹性模量yTens：张拉屈服强度 gr_k：注浆区刚度gr_coh 注浆区粘聚力gr_per 注浆区周长gr_fric 注浆区摩擦角,4.4锚索单元应用,4.5其他技巧,（1）网格优化（2）先弹性、后塑性（3）分步开挖（4）先静力，后动力（5）固流耦合问题模拟（6）合理解释结果（7）多种形式输出结果（8）报告格式,谢谢大家!,
