巧用FLAC3D与元胞自动机耦合进行岩土工程不确定性分析

1、计算分析 巧用FLAC3D与元胞自动机耦合进行岩土工程不确定性分析 复制链接 benjackxu benjackxu 当前离线 最后登录2013-5-23在线时间1538 小时技术积分32 仿真币2267 注册时间2004-8-30阅读权限100帖子2116精华3积分32UID64415IP卡 狗仔卡 182主题15好友 32积分版主仿真币2267 阅读权限100积分32帖子2116发消息电梯直达 1# 发表于 2007-3-2 22:35:58 |只看该作者 |倒序浏览 最近看到有人在PFC2d/PFC3D板块发布了采用PFC3D建立的假三维的岩、土体网格模型，跟我原先的做得一个报告很有类似

2、之处，加上现在混凝土以及岩土材料细观结构模拟很是流行，比如香港大学的岳中琦教授以及东北大学的唐春安教授等是这方面的佼佼者。所以，我把我采用FLAC3D和元胞自动机耦合模拟冰碛土结构并进行强度模拟的经验分享给大家。; l: d1 W+ y2 d冰碛土结构的模拟是采用元胞自动机模型进行模拟，由于元胞自动机程序涉及商业机密，不便提供给大家。下面是采用元胞自动机模拟的冰碛土结构，为少占用版面，只贴出少量图片。' R7 R. p  n- C& o在图中,黑色部分代表砾石，其他部分为土体。由于元胞自动机是采用方格来表示元胞的，因而其提供的模拟试体是由方格网组成的，即元胞

3、自动机模拟的冰碛土试体已经被离散为网格单元。需要说明的是冰碛土结构的元胞自动机模拟不同于采用随机模拟即随机投放骨料（混凝土材料结构模拟常用的方式）的方式进行，原因在于冰碛土的沉积规律无法用方程描述，亦无法确定其分布函数，而且砾石随机团聚特性是无法采用蒙特卡罗方法模拟实现的。因此，冰碛土结构的模拟无法在FLAC3D中通过产生随机数制定网格的ID号实现砾石单元和土体单元的分组。需采用他法模拟其结构后导入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 编

4、辑 1.JPG (24.79 KB, 下载次数: 31) 2007-3-2 22:35 上传点击文件名下载附件砾石含量40%2.JPG (26.06 KB, 下载次数: 14) 2007-3-2 22:35 上传点击文件名下载附件砾石含量60%1 查看全部评分freddie_1999不确定性, 工程, 耦合, 岩土, 自动机分享0 收藏2 赞0 不支持0 相关帖子 高拱坝数值分析（精华）要求加分！ 讨论关于模型不确定性 求教：网格划分的不确定性给结果带来的影响！ 探讨FLAC3D进行不确定性分析能力的不足 用Fluent计算出来的结果有很大的不确定性，那位大虾帮我解释一下？ 2008年华南有限

5、元分析研讨会 GeoStudio工程应用实例下载（视频操作和中文PPT说明文件）(连载至108) 工程实例分析 因为阻尼的不确定性，是不是动态载荷下的应力误差都非常大？ Maxwell12.1求电容解的不确定性知止而后有定，定而后能静，静而后能安，安而后能虑，虑而后能得。回复 使用道具 举报 提升卡沉默卡喧嚣卡变色卡抢沙发千斤顶显身卡benjackxu benjackxu 当前离线 最后登录2013-5-23在线时间1538 小时技术积分32 仿真币2267 注册时间2004-8-30阅读权限100帖子2116精华3积分32UID64415IP卡 狗仔卡 182主题15好友 32积分版主仿真币

6、2267 阅读权限100积分32帖子2116发消息2# 发表于 2007-3-2 22:45:08 |只看该作者 对于冰碛土元胞自动机模型如何导入FLAC3D，我在去年7月份的一个晚上突发灵感，想到了下面的办法：( B+ o7 U  F) S1 x; |, 元胞自动机程序与FLAC3D的输出输入格式存在差异，使得“制备”的试样元胞自动机模型不能直接导入到FLAC3D中。元胞自动机程序“制备”试样所输出的.bak文件，包含信息为砾石单元的ID号，以阿拉伯数字表示。输出虽然简单，却包含了某次冰碛土随机演化生成结果的全部信息，并非简单意义上的数字随机抽取。如能将这些ID号在FLA

7、C3D网格单元中实现与其它ID号的区分，那么砾石与土体的区分即可实现，这样，砾石与土体的区分问题就转变为一个纯数学问题。不过，要实现这个数学问题有个前提条件，即元胞自动机程序与FLAC3D的网格单元编号规则需一致。由于这个问题已经在元胞自动机程序的开发过程中予以考虑，所以并不存在技术障碍。如何在FLAC3D实现砾石与土体的区分以及模型的网格剖分，现有两种办法，下面以一简单实例说明这两种方法的实现过程。例如：模型尺寸为10×10×0.2m，剖分为20个网格单元，要求指定ID号为1，10，12，16，20的网格单元为砾石单元，其它为土体单元。网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附图为显示单元ID的网格模型图，从图中可看出，模型尚未实现砾石与土体的区分。3.JPG (63 KB, 下载次数: 19) 2007-3-2 22:45 上传点击文件名下载附件知止而后有定，定而后能静，静而后能安，安而后能虑，虑而后能得。点评回复 使用道具 举报 显身卡benjackxu benjackxu 当前离线 最后登录2013-5-23在线时间1538 小时技术积分32 仿真币2267 注册时间2004-8-30阅读权限100帖子2116精华3积分32UID64415IP卡 狗仔卡 182主题15好友 32积分版主仿真币2267 阅读权限100积分32帖子211

10、6发消息3# 发表于 2007-3-2 22:53:49 |只看该作者 元胞自动机模型导入FLAC3D的方法我称之为EXPGRID&IMPGRID法，具体办法是采用EXPGRID命令将最初的未分组网格单元信息导出，存为.FLAC3D文件，然后用记事本打开，对其进行内容添加，添加内容为砾石单元ID号，保存，最后采用IMPGRID命令导入FLAC3D进行分组。这一方法的具体操作及命令流如下：& 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生成初始网格模型，导出为11.FLAC3

12、D文件，内容如下：* 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砾石单元信息的ID号，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命令导入修改后的11.FLAC3D文件，在FLAC3D中分组，+ 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得到附图所示相同的网格模型：4.JPG (88.75 KB, 下载次数: 17) 2007-3-2 22:53 上传点击文件名下载附件知止而后有定，定而后能静，静而后能安，安而后能虑，虑而后能得。点评回复 使用道具 举报 显身卡benja

16、ckxu benjackxu 当前离线 最后登录2013-5-23在线时间1538 小时技术积分32 仿真币2267 注册时间2004-8-30阅读权限100帖子2116精华3积分32UID64415IP卡 狗仔卡 182主题15好友 32积分版主仿真币2267 阅读权限100积分32帖子2116发消息4# 发表于 2007-3-2 22:55:01 |只看该作者 实现冰碛土元胞自动机模型导入FLAC3D之后便可对之施加边界约束条件，进行三轴数值模拟试验了。附件一为某一砾石含量下的砾石单元ID号文件，附件二为为分组前采用EXPGRID命令导出的网格数据文件。大家可以按前述办法将砾石单元ID号文

17、件加入到网格数据文件中保存，并采用附件三提供的三轴数值命令流进行数值模拟试验。* p( O. d+ Y% A7 j9 i2 v4 Y在计算结束后的FLAC3D界面上可以很直观地观察到轴向应力位移曲线上的“屈服点”以及相应的轴向应力大小，因此，通过它可获得与之一一对应的其它相关数据，然后依据下述方法求取抗剪强度和变形参数。5 P. Z. C: q, J0 k2 j（1）由“屈服点”对应的轴向应力和侧向应力大小，在Autocad中绘制主应力莫尔圆，依据常规三轴试验力学公式求得抗剪强度参数；, A6 N( z' B* ' X8 H7 k; p（2）由各测点的应变增量平均值，绘制应力差

18、与应变增量的关系曲线，然后根据该曲线计算出弹性模量；, l( N; r8 J+ 2 L9 L% " a（3）由轴压方向测点与侧压方向测点的应变平均值，计算出泊松比。+ X+ E7 v: _6 Q% R6 P$ _( ?/ E; 5 H  N+ ) L1 f采用这种办法最终可以得到多组由冰碛土抗剪强度参数构成的抗剪强度样本。这样，就可以对这些样本进行统计分析，确定其分布类型，从而建立其抗剪强度概率模型了。知止而后有定，定而后能静，静而后能安，安而后能虑，虑而后能得。点评回复 使用道具 举报 显身卡benjackxu benjackxu 当前离线 最后登录2013-5

19、-23在线时间1538 小时技术积分32 仿真币2267 注册时间2004-8-30阅读权限100帖子2116精华3积分32UID64415IP卡 狗仔卡 182主题15好友 32积分版主仿真币2267 阅读权限100积分32帖子2116发消息5# 发表于 2007-3-2 23:13:37 |只看该作者 这个方法的核心在于FLAC3D的网格数据格式，它是由点、单元和组构成的，要实现不同材料的分组，即要对单元的ID号进行分组。由于FLAC3D中，组是同类型材料单元ID组成的，那么对于未分组的网格数据，赋予某个名字：如ZGROUP ROCK，然后在后面给出某材料单元的ID号，保存好文件之后，再i

20、mprgid入FLAC3D即实现不同材料在FLAC3D中的分组。; l( r# v: _+ d写到这里才发现，FLAC3D 238之后的版本开发出exprgid和imprgid命令，真是一大贡献，可以实现很多想法。0 ( 9 Y0 t+ & 需要说明的是，我这个三轴数值模拟试验中，没有考虑砾石与土体之间的胶结强度，不是在FLAC3D中无法实现（因为实现了材料分组，在某个材料网格模型表明建立界面单元是十分容易的事情），而是没有试验条件，无法获得两者之间的胶结强度。$ l" z7 , h; l. n& d$ U4 C; n    1 - g; _4 m/ g& k, S: U! B最后提供一个复杂点的例子，大家试验一把看看？- V* |. Z0 I% e# y2 5 大家下载后，可以比较一下文件名为“初始网格数据”和“1”（均可以用记事本打开，关注最后