FLAC3D在采矿工程中的应用

1、GeoHohaiFLAC / FLAC3D在岩土工程中的应用报告人：陈育民报告人：陈育民 博士生博士生导导 师：刘汉龙师：刘汉龙 教授教授河海大学岩土工程研究所河海大学岩土工程研究所2006-10-13同济大学地下建筑与工程系GeoHohai主要内容FLAC3D 软件简介软件简介 基本原理基本原理 前后处理前后处理 FISH语言简介语言简介 流流-固耦合分析固耦合分析 初始应力的生成初始应力的生成 接触单元与应用接触单元与应用 完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析 自定义本构模型自定义本构模型 结构单元及应用结构单元及应用FLAC(2D) GIIC操作操作 接触面设置接触面设置 流体计算流

2、体计算GeoHohaiFLAC3D软件简介软件简介基本原理基本原理前后处理前后处理FISH语言简介语言简介流流-固耦合分析固耦合分析初始应力的生成初始应力的生成接触单元与应用接触单元与应用完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析自定义本构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法结构单元及应用结构单元及应用GeoHohai软件介绍Fast Lagrangian Analysis of Continua美国美国Itasca咨询公司开发咨询公司开发2D程序程序(1986)1990年代初引入中国年代初引入中国有限差分法有限差分法(FDM)DOS版版2.0 2.1 3.0 3.1Itasca其他软件其他软

3、件GeoHohai软件介绍应用：应用： 岩土力学分析，例矿体滑坡、煤矿开采沉陷预测、水利岩土力学分析，例矿体滑坡、煤矿开采沉陷预测、水利枢纽岩体稳定性分析、采矿巷道稳定性研究等枢纽岩体稳定性分析、采矿巷道稳定性研究等 岩土工程岩土工程、采矿工程、水利工程、地质工程、采矿工程、水利工程、地质工程 特色：特色： 大应变大应变模拟模拟 完全动态完全动态运动方程运动方程使得使得FLAC3D在模拟物理上的不稳定过在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍程不存在数值上的障碍 动力分析功能动力分析功能地震工程地震工程 衬砌功能衬砌功能地下工程地下工程 可开发功能可开发功能GeoHohaiFLAC3D软件简

4、介软件简介基本原理基本原理前后处理前后处理FISH语言简介语言简介流流-固耦合分析固耦合分析初始应力的生成初始应力的生成接触单元与应用接触单元与应用完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析自定义本构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法结构单元及应用结构单元及应用GeoHohai有限差分法古老的方法古老的方法(上世纪上世纪40年代年代)用差分格式转化控制方程中的微商格式用差分格式转化控制方程中的微商格式流体力学；土工渗流问题；固结流体力学；土工渗流问题；固结FDM & FEM的混合求解的混合求解FDM的新进展的新进展GeoHohaiLagrangian网格源自流体力学中的拉格朗日法源自流体力学

5、中的拉格朗日法 跟踪流体质点的运动状态跟踪流体质点的运动状态 跟踪固体力学中结点，按时步用跟踪固体力学中结点，按时步用Lagrangian法研究网格节点的运动法研究网格节点的运动节点和单元随材料移动，边界和接触面节点和单元随材料移动，边界和接触面与单元的边缘一致与单元的边缘一致固体力学大变形理论固体力学大变形理论法国数学家、物理学家拉格朗日 GeoHohai空间混合离散技术结构域离散为可由四面体单元组合形成的五面体或结构域离散为可由四面体单元组合形成的五面体或六面体等单元六面体等单元以以 为基本单元为基本单元(常应力、常应变常应力、常应变)体应变的计算：体应变的计算：偏应变的计算：偏应变的计算

6、：GeoHohai空间混合离散技术+/2=GeoHohaiLagrangian格式动量平衡方程F(t)duFm amdtijiijdugdtx, ,u u u m牛顿运动定律对于连续体在静力平衡条件下，加速度项为0，方程变为平衡方程GeoHohaiCase-1自由落体的模拟G = 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 1e8ini dens 1000set grav 0 0 -10solve age

7、2GeoHohaiCase-1自由落体的模拟(movie)GeoHohaiFLAC3D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GeoHohaiFLAC3D中的本构模型GeoHohaiFLAC3D软件简介软件简介基本原理基本原理前后处理前后处理FISH语言简介语言简介流流-固耦合分析固耦合分析初始应力的生成初始应力的生成接触单元与应用接触单元与应用完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析自定义本构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法结构单元及应用结构单元及应用GeoHohaiFLAC3D的前后处理命令驱动命令

8、驱动(推荐推荐) 程序控制程序控制 图形界面接口图形界面接口 计算模型输出计算模型输出 指定本构模型及参数指定本构模型及参数 指定初始条件及边界条件，指定结构单元指定初始条件及边界条件，指定结构单元 指定接触面指定接触面 指定自定义变量及函数指定自定义变量及函数(FISH) 求解过程的变量跟踪求解过程的变量跟踪 进行求解进行求解 模型输出模型输出GeoHohai菜单驱动(计算模式)命令栏GeoHohai菜单驱动(Plot)GeoHohaiCase-2 一个最简单的例子gen zon bri size 3 3 3 ;建立网格建立网格model elas ;材料参数材料参数prop bulk 3e

9、8 shear 1e8ini dens 2000 ;初始条件初始条件fix z ran z -.1 .1 ;边界条件边界条件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 -10solve ;求解求解app nstr -10e4 ran z 3 x 1 2 y 1 2solveRUN FLAC3DGeoHohai前后处理功能的优点多种多种zone类型类型后处理快捷、方便、丰富后处理快捷、方便、丰富计算过程中的计算过程中的hist变量动态显示变量动态显示FISH可进行参数

10、化模型设计可进行参数化模型设计单元状态的可编程单元状态的可编程计算暂停时的后处理与可保存计算暂停时的后处理与可保存GeoHohaiFLAC3D软件简介软件简介基本原理基本原理前后处理前后处理FISH语言简介语言简介流流-固耦合分析固耦合分析初始应力的生成初始应力的生成接触单元与应用接触单元与应用完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析自定义本构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法结构单元及应用结构单元及应用GeoHohaiFISH语言简介软件自带的编程语言软件自带的编程语言语法简单语法简单xxxend_xxx注意事项注意事项 与与FLAC本身的关键字冲突本身的关键字冲突 保留字不可缩写保留字

11、不可缩写 变量可不定义，因此注意检查程序变量可不定义，因此注意检查程序 print fish table, extra等命令使用等命令使用GeoHohaiCase-3 FISH与建模Tunnel.txt两个圆形隧道的连接部分两个圆形隧道的连接部分变直径的隧道部分变直径的隧道部分Tunnel.txtGeoHohai主要内容软件简介软件简介基本原理基本原理前后处理前后处理FISH语言简介语言简介流流-固耦合分析固耦合分析接触单元与应用接触单元与应用完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析自定义本构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法结构单元及应用结构单元及应用GeoHohaiFLAC3D流-固耦

12、合分析(单相流)基本功能基本功能理论框架理论框架计算模式计算模式渗流边界条件，初始条件渗流边界条件，初始条件单渗流计算及渗流耦合计算单渗流计算及渗流耦合计算 GeoHohai基本功能渗流各向同性、各向异性渗流各向同性、各向异性不同的渗流模型和属性不同的渗流模型和属性流体压力，涌入量，渗漏量和不渗水边界流体压力，涌入量，渗漏量和不渗水边界抽水井、点源、体积源抽水井、点源、体积源饱和渗流可采用显式差分法、隐式差分法饱和渗流可采用显式差分法、隐式差分法 非饱和渗流非饱和渗流采用显式差分法采用显式差分法渗流渗流-固体固体-热热的耦合的耦合流体和固体的耦合程度依赖于土体颗粒流体和固体的耦合程度依赖于土体

13、颗粒(骨架骨架)的压缩的压缩程度，用程度，用Biot系数表示颗粒的可压缩程度。系数表示颗粒的可压缩程度。 循环荷载引起的动水压力变化和循环荷载引起的动水压力变化和土体液化土体液化。GeoHohai地下水模拟方法有效应力计算有效应力计算 不耦合不耦合 孔压为了正确计算有效应力孔压为了正确计算有效应力渗流计算已得到孔压分布渗流计算已得到孔压分布 饱和饱和 有水面线的部分饱和有水面线的部分饱和力学变形产生孔压力学变形产生孔压 静力或者动力静力或者动力 不排水孔压或液化不排水孔压或液化流固耦合计算模式流固耦合计算模式 时间比例时间比例GeoHohai有效应力计算不设置不设置CONFIG Fluid孔压

14、不改变孔压不改变设置孔压分布设置孔压分布 INITIAL pp WATER table WATER density WATER table face SET gravity手动设置手动设置干湿密度干湿密度设置设置CONFIG fluid设置土体设置土体干密度干密度 渗流模型渗流模型 MODEL fl_isotropic MODEL fl_anisotropic MODEL fl_null SET fluid offset WATER bulk = 0无渗流模式渗流模式GeoHohai不耦合计算CONFIG fluidSET mech off正确的渗透系数正确的渗透系数得到孔压分布和水面线得到孔

15、压分布和水面线稳态渗流可以减小稳态渗流可以减小KfCONFIG fluidSET fluid off正确的流体模量正确的流体模量Kf不需要渗透系数不需要渗透系数单渗流模式单力学模式GeoHohai流固耦合计算CONFIG fluidSET fluid on真实的流体模量真实的流体模量Kf和渗透系数和渗透系数耦合方式耦合方式 D DpDeDevD D DeDev D Dp计算模式计算模式 手动调整的手动调整的STEP求解求解 主从进程的主从进程的SOLVE求解求解 自动自动STEP求解求解GeoHohai流固耦合的计算方法手动调整的手动调整的STEP求解求解SET fluid on mech o

16、ffSTEPSET fluid off mech onSTEP主从进程的主从进程的SOLVE求解求解SET mech forceSET mech substep n auto (从进程)SET mech substep m(主进程)SOLVE age自动自动STEP求解求解STEPGeoHohai渗流问题(CONFIG fluid)分析步骤时间比例时间比例(ts, tc) 稳态稳态 不排水状态不排水状态 相当相当扰动类型扰动类型 力学扰动力学扰动 孔压扰动孔压扰动流固刚度比流固刚度比Rk 是否是否1完全耦合模式完全耦合模式 时间比例相当；力学扰动时间比例相当；力学扰动GeoHohai渗流边界条

17、件，初始条件默认的边界条件是不透水边界默认的边界条件是不透水边界 孔隙压力自由孔隙压力自由(不透水边界不透水边界 )固定孔隙水压力固定孔隙水压力(透水边界透水边界) 如：井如：井 孔隙压力，孔隙率，饱和度和流体属性的初始分布可以孔隙压力，孔隙率，饱和度和流体属性的初始分布可以用用INITIAL命令或者命令或者PROPERTY命令定义。命令定义。 GeoHohaiCase-4 真空预压的简单模拟孔压边界条件孔压边界条件tstc 长期分析长期分析(排水排水)Rk1 骨架很软骨架很软孔压扰动孔压扰动 进行进行biot_mod调整调整砂层软土层粘土层PVD2m8m10mVacuum.txtGeoHoh

18、ai数值分析过程(movie)GeoHohai初始应力的生成为什么要单独列出？为什么要单独列出？ 分析过程中出现的很多问题都与初始应力是否合理有关分析过程中出现的很多问题都与初始应力是否合理有关 手册中的例子五花八门手册中的例子五花八门生成方法生成方法 弹性求解弹性求解 更改强度参数的弹塑性求解更改强度参数的弹塑性求解 设置初始应力的弹塑性求解设置初始应力的弹塑性求解 存在水压力的初始应力生成存在水压力的初始应力生成 水下建筑的初始应力生成水下建筑的初始应力生成GeoHohai弹性求解模型尺寸模型尺寸单元数量单元数量密度密度KGU112 (m3)112200030MPa10MPa0.35gen

19、 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 = -40e3 x = -21.54e3GeoHohai更改强度参数的弹塑性求解模型模型尺寸尺寸单元单元数量数量密度密度KGcf fu112 (m3)112200030MPa 10MPa10kPa150.35gen zon bri size 1 1 2model mohrprop

20、 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 z = -40e3 x = -21.54e3Or: solve elasticGeoHohai设置初始应力的弹塑性求解模型模型尺寸尺寸单元单元数量数量密度密度KGcf fu112 (m3)112200030M

21、Pa 10MPa10kPa150.35gen 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 0 10e3 ran z 0 2ini sxx -20e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2set grav 0 0 -10sol

22、veStep = 0 z = -40e3 x = -20e3GeoHohai存在水压力的初始应力生成模型模型尺寸尺寸单元单元数量数量饱和饱和密度密度KGcf fu水位水位线线孔隙孔隙率率112(m3)112200030MPa10MPa10kPa150.351m0.5gen zon bri size 1 1 2model mprop bulk 3e7 shear 1e7 c 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 1ini d

23、ens 1500 ran z 1 2ini szz -35e3 grad 0 0 20e3 ran z 0 1ini syy -17.5e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 1ini sxx -17.5e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 1ini szz -15e3 grad 0 0 15e3 ran z 1 2ini syy -7.5e3 grad 0 0 7.5e3 ran z 1 2ini sxx -7.5e3 grad 0 0 7.5e3 ran z 1 2ini pp 10e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 1set grav 0 0 -10

24、Step = 83 z = -33.75e3 x = -23.21e3 d = s ns fGeoHohai水下建筑的初始应力生成模型模型尺寸尺寸单元单元数量数量饱和饱和密度密度KGcf fu水位水位线线112(m3)112200030MPa10MPa10kPa150.353mgen zon bri size 1 1 2model mprop bulk 3e7 shear 1e7 c 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

25、2ini szz -50e3 grad 0 0 20e3 ran z 0 1ini syy -30e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 1ini sxx -30e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 1ini pp 30e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 2app nstress -10e3 ran z 2set grav 0 0 -10solveStep = 111 z = -50e3 x = -44.4e3GeoHohai初始应力检查办法初始应力的计算时间不会初始应力的计算时间不会“非常长非常长”经常检查模型的响应经常检查模型的响应 plo con s

26、zz (syy, sxx)应力场应力场 plo con zdis (ydis, xdis)位移场位移场 plo blo sta屈服状态屈服状态 plo gpfix red sk速度约束条件速度约束条件 plo fap red sk体力体力 plo hist (unbal)不平衡力不平衡力 plo interface nstress (sstress) 接触面单元接触面单元GeoHohai主要内容软件简介软件简介基本原理基本原理前后处理前后处理FISH语言简介语言简介流流-固耦合分析固耦合分析初始应力的生成初始应力的生成接触单元与应用接触单元与应用完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析自定义本

27、构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法结构单元及应用结构单元及应用GeoHohai接触面单元的用途岩体介质中的解理、断层、岩层面岩体介质中的解理、断层、岩层面地基与土体的接触地基与土体的接触箱、槽及其内充填物的接触箱、槽及其内充填物的接触空间中无变形的固定空间中无变形的固定“障碍障碍”GeoHohai接触面的原理三角形单元三角形单元(无厚度无厚度!)参数较多参数较多三种工作模式三种工作模式 粘结界面粘结界面 粘接滑移粘接滑移 库伦滑动库伦滑动GeoHohai接触单元模型的建立(1)关键关键要形成同一位置的两个节点要形成同一位置的两个节点(面面)“移来移去移来移去”(推荐推荐) 建两个分开的模

28、型建两个分开的模型 建立接触单元建立接触单元 通过通过INI * add使模型接触使模型接触 注意注意dist的含义的含义 NO merge!接触面dist1234GeoHohai接触单元模型的建立(2)“导来导去导来导去” 利用利用expgrid, impgrid命令进行网格导出与导入命令进行网格导出与导入 配合配合DELETE命令命令 适于内部接触面的建立，或适于内部接触面的建立，或 其他前处理工具建立的网格其他前处理工具建立的网格GeoHohai“导来导去”具体方法save 1.savdel ran grop 2 notInterface 1 facesave 2.savrest 1.s

29、avdel ran group 2expgrid 1.fac3drest 2.savimpgrid 1.flac3dGeoHohai接触面参数的确定虚构的为了合并节点而设置的接触面虚构的为了合并节点而设置的接触面 Kn=ks=10*真实的刚性接触面真实的刚性接触面 如料仓下料如料仓下料 c,D,Tension重要，重要，kn,ks不重要不重要真实的柔性接触面真实的柔性接触面 断层；断层；水力劈裂水力劈裂材料材料 试验得到参数试验得到参数 对于对于kn,ks：岩石断层：岩石断层10100MPa/m(粘土粘土); 100GPa(岩岩石石) 反分析方法反分析方法：通过断层中岩石的变形与原岩的变形：通

30、过断层中岩石的变形与原岩的变形GeoHohai主要内容软件简介软件简介基本原理基本原理前后处理前后处理FISH语言简介语言简介流流-固耦合分析固耦合分析初始应力的生成初始应力的生成接触单元与应用接触单元与应用完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析自定义本构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法结构单元及应用结构单元及应用GeoHohai完全非线性的动力分析与等效线性方法的比较与等效线性方法的比较动力荷载动力荷载动力边界条件动力边界条件力学阻尼于滞回阻尼力学阻尼于滞回阻尼地震波的调整地震波的调整动孔压的生成动孔压的生成GeoHohaiFLAC与等效线性方法等效线性方法是岩土地震工程中的常用方法

31、等效线性方法是岩土地震工程中的常用方法动本构模型动本构模型 等效线性模型等效线性模型 抗剪强度的降级曲线 阻尼比随剪应变的变化 FLAC 常规模型(MC)多种频率成分的干涉和混合多种频率成分的干涉和混合永久变形计算永久变形计算弹塑性计算弹塑性计算GeoHohai动力荷载动力输入的类型动力输入的类型 加速度时程加速度时程 速度时程速度时程 应力应力(压力压力)时程时程 力时程力时程APPLY INTERIOR (内部内部) TABLE FISHGeoHohaiQuiet边界静态静态(quiet,粘性粘性)边界边界 Lysmer and Kuhlemeyer(1969) 模型边界法向和切向设置独立

32、的阻尼器模型边界法向和切向设置独立的阻尼器性能性能 对于法向对于法向p波和波和s波能很好的吸收波能很好的吸收 对于倾斜入射的波和对于倾斜入射的波和Rayleigh波也有所吸收，但存在反波也有所吸收，但存在反射射 人工边界仍应当足够远人工边界仍应当足够远GeoHohaiQuiet边界应用内部振动内部振动(如隧道中的列车振动问题如隧道中的列车振动问题) 动力荷载直接施加在节点上动力荷载直接施加在节点上 使用使用Quiet边界减小人工边界上的反射边界减小人工边界上的反射 不需要不需要FF边界边界外部荷载的底部边界外部荷载的底部边界 软土地基上的地震荷载不适合用加速度或速度边界条件软土地基上的地震荷载

33、不适合用加速度或速度边界条件 使用应力条件使用应力条件t t = -2Cs vs地震底部输入的侧向边界地震底部输入的侧向边界 扭曲了入射波扭曲了入射波quietquietquietGeoHohaiFree-field边界Cundall et al. (1980)自由场网格与主体网格的耦合粘性阻尼器，自由场网格自由场网格与主体网格的耦合粘性阻尼器，自由场网格的不平衡力施加到主体网格边界上的不平衡力施加到主体网格边界上设置条件设置条件 底部水平，重力方向为底部水平，重力方向为z向向 侧面垂直，法向分别为侧面垂直，法向分别为x, y向向 其他边界条件在其他边界条件在APPLY ff之前之前GeoHo

34、haiFree-field边界APPLY ff将边界上单元的属性、条件和变量全部转移将边界上单元的属性、条件和变量全部转移ff单元上；单元上；设置以后主体网格上的改动将不会被设置以后主体网格上的改动将不会被FF边界所响应边界所响应可存在任意的本构模型以及流体耦合可存在任意的本构模型以及流体耦合(仅竖向仅竖向)FF边界进行小变形计算，主体网格可大变形，边界进行小变形计算，主体网格可大变形，FF边界边界上的变形要相对较小上的变形要相对较小存在存在attach的边界将不能设置的边界将不能设置FF边界边界边界上的边界上的Interface将不能连续将不能连续动力边界设置需在动力边界设置需在FF边界设置

35、之前边界设置之前GeoHohai力学阻尼瑞利瑞利(rayleigh)阻尼阻尼 假设阻尼与质量、刚度的线性关系假设阻尼与质量、刚度的线性关系 参数确定简单参数确定简单(等价平均应变等价平均应变=60%*e emax) 中心频率(共振计算，地震平均频率) 临界阻尼比 计算速度慢，不推荐计算速度慢，不推荐局部局部(local)阻尼阻尼 FLAC3D的静力分析阻尼的静力分析阻尼 参数简单参数简单 适合简单情况适合简单情况GeoHohai滞回阻尼(Hysteretic Damping)模拟岩土介质的动模量衰减曲线模拟岩土介质的动模量衰减曲线initial damp hysteretic name sig

36、3 (3参数参数) sig4 (4参数参数) Hardin(1参数参数) (哈丁模型) Default（2参数参数)优点优点 直接采用模量降级曲线直接采用模量降级曲线 阻尼比不会影响时间步阻尼比不会影响时间步缺点缺点 输出的曲线会不一致输出的曲线会不一致GeoHohai滞回阻尼(Hysteretic Damping)低循环应变下得到的阻尼比要小于试验结果，这会导致低级的噪声，尤低循环应变下得到的阻尼比要小于试验结果，这会导致低级的噪声，尤其在高频情况下。可以在中心频率上增加一个小量的其在高频情况下。可以在中心频率上增加一个小量的Rayleigh阻尼阻尼(0.2%刚度比例刚度比例)，这样也不会降

37、低时步；，这样也不会降低时步；若初始应力不为若初始应力不为0，剪应力，剪应力-剪应变曲线可能不匹配。因此在生成初始应剪应变曲线可能不匹配。因此在生成初始应力时就要调用力时就要调用Hyst阻尼；阻尼；Hyst阻尼不仅会增加能量损失，还会导致在大循环应变下的平均剪切模阻尼不仅会增加能量损失，还会导致在大循环应变下的平均剪切模量的降低，在输入波的基频接近共振频率的时候，由于可能会导致动力量的降低，在输入波的基频接近共振频率的时候，由于可能会导致动力反应幅值的增大；反应幅值的增大；Hyst阻尼之前要做一次弹性无阻尼求解，以获得发生循环应变的最大水阻尼之前要做一次弹性无阻尼求解，以获得发生循环应变的最大

38、水平，若循环应变过大导致剪切模量过多的降低，那么用平，若循环应变过大导致剪切模量过多的降低，那么用Hyst阻尼是有问阻尼是有问题的；题的；即使应变较小，使用屈服模型也会增大应变，因此若有广泛屈服的现象，即使应变较小，使用屈服模型也会增大应变，因此若有广泛屈服的现象，则使用屈服模型，不用则使用屈服模型，不用Hyst阻尼阻尼参考了参考了Itasca的中国培训资料的中国培训资料GeoHohai地震波的调整基线校正基线校正 对于地震分析的加速度时程，其积分得到的速度和位移应归对于地震分析的加速度时程，其积分得到的速度和位移应归0 美国地质调查研究所美国地质调查研究所 Basic Strong-Moti

39、on Accelerogram Processing Software (BAP) 对网格施加一个固定速度从而使残余的位移变为对网格施加一个固定速度从而使残余的位移变为0动力荷载的频率与单元尺寸的双向调整动力荷载的频率与单元尺寸的双向调整 高频的输入要求单元尺寸很小高频的输入要求单元尺寸很小 一定的单元尺寸对应输入的最大频率一定的单元尺寸对应输入的最大频率 一般进行滤波处理一般进行滤波处理 滤掉低能量的高频 FFT.FIS Origin SeismoSignalGeoHohai地震波的调整051015202530-300-200-1000100200300400acc (cm/s2)t (s)

40、 EI centuo051015202530-300-200-1000100200300400acc (cm/s2)t (s) 20 Hz Low Pass Filter on EI_B02468101214161820222426280200040006000800010000120001400016000 EI centuoFrequency (Hz)Amplitude02468101214161820222426280200040006000800010000120001400016000 20Hz Low pass EIFrequency (Hz)AmplitudeEl-Centro波

41、FFT修正后的时程修正后FFT5HzGeoHohai动孔压的生成液化干沙剪应变循环加载试验干沙剪应变循环加载试验 初始加载阶段，沙土通常先压实再膨胀。卸载时，沙土初始加载阶段，沙土通常先压实再膨胀。卸载时，沙土遵循与加载相似的路径，但在零应变时，有些残余体积遵循与加载相似的路径，但在零应变时，有些残余体积应变存在。取决于初始孔隙率，这可能代表纯粹的压实应变存在。取决于初始孔隙率，这可能代表纯粹的压实假定孔隙中充满水假定孔隙中充满水 对于常体积测试，有效应力降低，孔隙水压保持不变对于常体积测试，有效应力降低，孔隙水压保持不变 对于常荷载测试，对于常荷载测试，(例如，盒子上法向荷载固定例如，盒子上

42、法向荷载固定)，孔隙水，孔隙水压增加，有效应力减小压增加，有效应力减小有效应力为零时发生液化有效应力为零时发生液化GeoHohai动孔压的生成液化因此孔隙水压增加不是液化的基本原因因此孔隙水压增加不是液化的基本原因由于颗粒间由于颗粒间(重组以后重组以后)的低接触力导致有效应力的减小的低接触力导致有效应力的减小描述液化的模型描述液化的模型 高级模型：高级模型：BSHP (边界面低塑性本构模型边界面低塑性本构模型, Wang et al. 1990) 简单模型：简单模型：MC + 体积应变增量模型体积应变增量模型 Finn模型： Byrne模型：GeoHohai主要内容软件简介软件简介基本原理基本

43、原理前后处理前后处理FISH语言简介语言简介流流-固耦合分析固耦合分析初始应力的生成初始应力的生成接触单元与应用接触单元与应用完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析自定义本构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法结构单元及应用结构单元及应用GeoHohai自定义本构模型的基本方法必要性必要性 试验总结的本构模型试验总结的本构模型 特定条件下的本构模型特定条件下的本构模型 交叉学科的本构模型交叉学科的本构模型二次开发环境二次开发环境自定义本构模型的功能自定义本构模型的功能自定义本构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法GeoHohai二次开发环境FLAC3D采用面向对象的语言标准采用面向对象的

44、语言标准C+编写编写本构模型都是以动态连接库文件本构模型都是以动态连接库文件(.DLL文件文件)的形式提供的形式提供VC+6.0(SP4)或更高版本的开发环境或更高版本的开发环境优点优点 自定义的本构模型和软件自带的本构模型的执行效率处自定义的本构模型和软件自带的本构模型的执行效率处在同一个水平在同一个水平 自定义本构模型自定义本构模型(.DLL文件文件)适用于高版本的适用于高版本的FLAC(2D)、3DEC、UDEC等其他等其他Itasca软件中软件中GeoHohai自定义本构模型的功能主要功能：对给出的应变增量得到新的应力主要功能：对给出的应变增量得到新的应力辅助功能：辅助功能： 模型名称

45、、版本模型名称、版本 读写操作读写操作模型文件的编写模型文件的编写 基类基类(class Constitutive Model)的描述的描述 成员函数的描述成员函数的描述 模型的注册模型的注册 模型与模型与FLAC3D之间的信息交换之间的信息交换 模型状态指示器的描述模型状态指示器的描述 GeoHohai自定义本构模型的基本方法头文件头文件(usermodel.h)中进行新的本构模型派生类的声中进行新的本构模型派生类的声明明 修改模型的修改模型的ID(100)、名称和版本、名称和版本 修改派生类的私有成员修改派生类的私有成员C+文件文件(usermodel.cpp)中修改模型结构中修改模型结构

46、 (UserModel:UserModel(bool bRegister): ConstitutiveModel)const char *UserModel:Properties()函数函数 模型的参数名称字符串模型的参数名称字符串const char *UserModel:States()函数函数 计算过程中的状态指示器计算过程中的状态指示器GeoHohai自定义本构模型的基本方法double UserModel:GetProperty()和和void UserModel: SetProperty()函数函数const char * UserModel:Initialize()函数函数参数和

47、状态指示器的初始化，并对派生类声明中定义的私有变参数和状态指示器的初始化，并对派生类声明中定义的私有变量进行赋值量进行赋值const char * UserModel:Run() 函数函数由应变增量计算得到应力增量，从而获得新的应力由应变增量计算得到应力增量，从而获得新的应力const char * UserModel:SaveRestore()函数函数对计算结果进行保存。对计算结果进行保存。程序的调试程序的调试在在VC+的工程设置中将的工程设置中将FLAC3D软件中的软件中的EXE文件路径加入到文件路径加入到程序的调试范围中，并将程序的调试范围中，并将FLAC3D自带的自带的DLL文件加入到

48、附加动文件加入到附加动态链接库态链接库(Additional DLLs)中，然后在中，然后在Initialize()或或Run()函数中函数中设置断点，进行调试；设置断点，进行调试；在程序文件中加入在程序文件中加入return()语句，这样可以将希望得到的变量值语句，这样可以将希望得到的变量值以错误提示的形式在以错误提示的形式在FLAC3D窗口中得到。窗口中得到。GeoHohai例1:非线性弹性(Duncan-Chang)模型GeoHohai例2: FLAC液化模型的修正Yu-min CHEN, Han-long LIU. Coupled hydraulic-mechanical analys

49、is of large deformation induced by post-liquefied sand. GeoProc2006, Nanjing, China: 700-705BeginInitial liquefaction?Liquefied calculationYESPost-liquefied calculationLiquefaction?NONormal Finn ModelYESNODynamic time finished?EndNOYESGeoHohai主要内容软件简介软件简介基本原理基本原理前后处理前后处理FISH语言简介语言简介流流-固耦合分析固耦合分析接触单元

50、与应用接触单元与应用完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析自定义本构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法结构单元及应用结构单元及应用GeoHohaiFLAC3D中的结构单元有限单元有限单元梁梁(beam)单元单元锚索锚索(cable)单元单元桩桩(pile)单元单元 锚杆锚杆: rockbolt on壳壳(shell)单元单元格栅格栅(geogrid)单元单元 土工织物；土工格栅土工织物；土工格栅初衬初衬(liner)单元单元beamcablepileshellgeogridlinerGeoHohaiCase-5结构的动力响应config dynsel pile id=1 beg 0 0

51、0 end 0 0 1sel pile prop dens 2400 & Emod 1.0e10 Nu 0.3 XCArea 0.3 & XCJ 0.16375 XCIy 0.00625 XCIz 0.01575 & Per 2.8 CS_sK 1.3e11 CS_nK 1.3e11& CS_nGap off sel node fix x y z xr yr zr ran id=1sel set damp combined def f1 whilestepping f0=10000*sin(10*dytime) np = nd_head loop while np # null if nd_p

52、os(np,1,3)=1 nd_apply(np,1)=f0 endif np = nd_next(np) endloopendsolve age 1 pile10000*sin(10*t)GeoHohaiCase-4结构的动力响应GeoHohai结构单元的应用土与结构的相互作用土与结构的相互作用 桩基；基坑；边坡锚固桩基；基坑；边坡锚固 地下硐室的支撑结构；采矿；盾构地下硐室的支撑结构；采矿；盾构 土工织物；土工合成材料土工织物；土工合成材料结构不宜复杂结构不宜复杂 岩土工程软件，不宜单纯的结构分析岩土工程软件，不宜单纯的结构分析 复杂结构的模拟很困难复杂结构的模拟很困难 结构单元仍不完善结构单元仍不完善 plot显示 双向接触结构(挡土墙) 结构单元的厚度GeoHohaiFLACGIIC基本操作基本操作Interface的建模的建模流体计算流体计算GeoHohaiGIIC基本操作差分网格的建模思路