FLAC3D讲义.doc

FLAC 讲义一、什么是FLAC 1.1 FLAC之字义 F(Fast)L(Lagrangian)A(Analysis of)C(Continua). Lagrangian相对于Eulerian为每一时阶(timestep)之位 移在Lagrangian之公式中，需对网格之座标予以更新， 而Eulerian之公式则不予更新。1. 2 FLAC之运算流程 1.3 FLAC 基本单元1.4 分析模式大小与RAM之关系1.5 单位1.6 正负号方向 (1)应力正号代表张力，负号代表压力 (2)剪应力详见下图，图中所示剪应力为正号(3)应变正的应变表示伸长，负的应变代表压缩(4)剪应变剪应变的正负号与剪应力相同(5)孔隙压力孔隙压力永远为正(6)重力正号的重力物质往下拉，负号的重力将物质 往上提。二、FLAC内建之组合律FLAC内建之组合律有：1 空洞模式(null model) 使用于土壤被移除或开挖 2 弹性模式 3 塑性模式，包括a. Drucker Prager modelb. MohrCoulomb model c. ubiquitousjoint modeld. strainhardening/softening model e. bilinear strainhardening/softening modelf. doubleyield modelg modified camclay model此外，另有选购(option)模式，包括：1. 动力模式(Dynamic Option)2. 热力模式(Thermal Option)3. 潜变模式 (Creep Option) 使用者另可使用FISH语言去建构独特的组合律以符 合所需。三、FLAC以命令为输入语法请查阅相关手册四、FLAC程式之使用步骤 4.1 FLAC程式使用前准备步骤 步骤1：依比例画出所欲分析之资料于纸上画出地点之位置、地层资料、并简标示距离及深度资料。 步骤2：换算输入资料成同一单位将现有地层资料，如 Density,Bulk modulus,Youngs modulus, tension,cohesion, friction Angle 等资料，换算成同一单位。附注 ：需谨慎检查输入资料之单位，如因单位 不同而造成过大或过小的值，将会造成 FLAC无法计算，而产生ERROR讯息。 步骤3：应用公式简略计算应用公式或依据经验，简略算出FLAC 输 出资料的范围，以做为 Debug 及输出资 料分析时验证。步骤4：建立x,y座标与node i,j之关系 于图上距离及深度之关系，建立x,y座标系统，再由x,y座标系统，转换与网格间系，为了便于以后输出资料的分析，故应确实掌握网格之位置及其相对应的x,y 座标。建议在敏感区域使用较密之网格，其它地 区则使用较疏之网格，刚开始跑程式时， 不宜使用网格太大的网格数目，因尽量使 网格总数少于1000，以节省时间。4.2 FLAC输入程式编写步骤FLAC程式编写顺序需依实际工程进行之逻 辑步骤建立。如欲分析开挖题目，则需先求出未挖前之应力分布，再以此应力分布求开挖后之土壤变形及是否会崩毁，如因开挖后造成崩毁， 则FLAC程式将无法继续，萤幕将出现ERROR 讯息，如 Bad Geometry Zone ，-FLAC程式前几行之顺序为o Config_ o Grid_ o Model _ 以后各行编写之顺序，则建议以下之步骤：1. 求起始之应力平衡 (1)建立x,y座标与网格之关系，建议使用Gen指示：Gen x1,y1 x2,y2 ,x3,y3 x4,y4 i=i0,i1 j=j0,j1 详细指令参见使用手册，FLAC程式可自动产生x,y 座标与网格之关系，但由于产生之网格座标不易控 制，将对其它之工作产生负面影响，故依使用前步骤 4所建立之关系，将网格依其疏密程度需要之不同， 实际控制网格之座标。 (2)设定材料性质：prop (3)设定外力：Set Grav, Apply Pressure, ini sxx, Syy(4)设定边界条件：fix, free(5)求起始之应力平衡：solve (6)储存：Save 求工程之影响 求出区域内之应力分布情况后，再依工程之流程及步骤阶段执行各工程进行过程之影响，建议使用以下之步 骤： (1)叫出起初之应力平衡：re_ .sav (2)设定新的材料性质：model,prop (3)设定新的支撑性质：struct(4)设定新的外力 (5)设定边界条件 (6)求工程时之应力平衡 (7)储存 五、分析结果之印出及绘制FLAC V.3.4 在分析成果之绘制上，较先前之各版本 有一明显及方便的设计，因为V.3.4（CONSOLE）版 本。5.1 分析成果绘图a.直接绘图（不存图档）flac：set plot windowsflac：plot pen GR YD(欲画出格网及y向变位)说明:输入上述两行指令后，连结之印表机会直接印出图形， 约占半页A4之纸张，如欲印出全页，则须设定印表机横向 列印。 b.绘图(存图档)flac：set out YD.EMF(设以下要画之内容档名为.emf)flac：set plot emf color(设彩色印制)flac：plot pen GR YD(画出之内容为格网及Y向变位) 说明：YD.EMF可用Word软体叫出并绘图 5.2 印出分析内容或成果数据flac：set log YD.TXT(YD.TXT为所要列印内容之档名)flac：print yd i=1,10 j=1,5(设要印出y向位移量)flac：set log off说明：输入上述三个指令后，可用Word，Nodepad等软体叫出YD.TXT并列印。六、分析范例边坡稳定分析本范例共分析三种情况即 (1)粒性土壤 C=0 ；s13.sav (2)C土壤C0 0；s14.sav (3)考虑水位线 ；s15.sav 其分析网格之建立如下二图所示 01 title02 SLOPE UNDER GRAVITATIONAL LOAD03 grid 20,10 04 ;Mohr-Coulomb model 05 m m06 ;soil properties-note large cohesion to force initial elastic 07 ;behavior for determining initial stress sate. This will prevent08 ;slope failure when initializing the gravity stresses 09 prop s=.3e8 b=1e8 d=1500 fri=20 coh=1e10 ten=1e1010 ;warp grid to form a slope: 11 gen 0,0 0,3 20,3 20,0 j 1 4 12 gen same 9,10 20,10 same i 6 21 j 4 1113 mark i=1,6 j=4 14 mark i=6, j=4,1115 model null region 1,1016 ;displacement boundary conditions 17 fix x i=1 18 fix x i=21 19 fix x y j=120 ;apply gravity 21 set grav=9.8122 ;displacement history of slope23 his ydis i=10 j=1024 ;solve for initial gravity stresses 25 slove26 ;save initial stae27 save sll.sav28 ;reset displacement components to zero29 ini xdis=0 ydis=030 ;set cohesion to 0 31 prop coh=0 32 ;use large strain logic33 set large34 step 20035 plot hold bo dis xvel min-2.25e-4 max 0 int 2.5e-5 zero 36 save s12.sav37 step 80038 plot hold bo dis xvel min 1e-3 max 0 int 2e-4 zero39 save s13.sav40 rest sll.sav41 ini xdis=0 ydis=042 prop coh=le4 tens 0.0 43 set large 44 solve 45 save sl4.sav46 ini xdis=0.0 ydis=0.0 47 ;install phreatic surface in slope 48 water table 1 den 100049 table 1 (0,5) (6.11,5) (20,9) 50 def wet den 51 loop i (1,izones) 52loop j (1,jzones) 53if mode(i,j)1then54xa=(x(i,j)+x(i+1,j)+(i+1,j+1)+x(i,j+1) 55xc=0.25*xa 56ya=(y(i,j)+y(i+1,j)+y(i+1,j+1)+y(i,j+1) 57 yc=0.25*ya58 if yctable (1, xc) then59density(i,j)=180060end if61end if62 end loop 63 end loop 64 end 65 wet den 66 apply press 2e4 var 0 2e4 from 1,4 to 6,667 plot den blo water apply68 step 6000 69 sclin 1 19 0 19 10 70 plot hold bou vel pp 71 save s15.sav72 return 程式说明 Line 1 Line 2 本分析之抬头Line 3 建立20 10之格网 Line 4 以；为开始之指令为说明内容，FLAC不读；以后之指令 Line 5 分析模式为模耳库伦，即Model MohrLine 6 Line 8 说明：底下之土壤系数中之C值及张力强度值故意放大， 以免土壤在初始状况时即产生破坏Line 9 土壤性质 properties Shear Modulus G=0.3 108 N/m2 Bulk Modulus B=1 108 N/m2 density =1500 kg/m3 fri friction angle =20。Coh Cohesion C=1 108 N/m2 Ten Tension Strength T=1 108 N/m2G=E/2(1+v) k=E/(3(1-2v)Line 10 Line 12格网座标化 Line 13 Line 14以mark指令将格网区域化为两部份Line 15挖除由mark区分后包含Region(1,10)的那部份将边坡 制造出来Line 16 Line 19 边界条件之设定 i=1 及 21 之边界只容许上下位移，最 底部之边界则固定 Line 20 Line 21 加入重力于整个网格系统Line 22 Line 23 选择格点(10,10)检核其y向之位移历线Line 24 Line 25 开始计算求取答案Line 26 Line 27 储存初始平衡之条件。唯一之力为重力。此时之土体内 应力为边坡既有之情况Line 28 Line 29 将x向及y向之位移归零。因边坡在未被碰触之前其位 移应为零，但是其应力为力入重力后之自然现象，不应 归零 Line 30 Line 31 探讨CASE 1，纯粹性土壤之情况。将土壤之property 中 之Cohesion 设为零，其余参数不变 Line 32 Line 33 使用大应变之模式，则每一个step其格网座标自 动更新Line 34求解。除了使用slove之外，可令step=n，Line 35 绘出位移的等高线Line 37 设求解之step=800，以便观察800个step后之情况。 因本CASE中土壤之C=0 =20，很明显此边坡会破坏， step=800已够发现此现象。Line 40再叫出 sll.sav 即初始平衡况以便进行CASE 2 之分析Line 41再设X及Y向位移为零 Line 42 变更Cohesion为1 104 N/m2Line 47 Line 49 设定水位线为table 1，水的密度是1000 kg/cm3 Line 50 Line 64 使用FLAC去定义function wet_ den，此自设之 function乃在定义水位线下之单位重为 1800/cm3 。 注意：有几个 loop 就要有几个 end loop，有几个if 就要有几个end if，结尾必定要以end结束。 Li