岩土工程的数值方法-FLAC3D的应用介绍ppt版（共15页）

1、第六章 岩土工程的数值方法FLAC3D的应用介绍一、关于FLAC3DFLAC3D 是针对工程进行力学计算的三维有限差分程序，它可以模拟由土体、岩体或其它材料组成的结构体的三维表现行为，包括这些结构体在满足屈服极限后发生塑性流动的行为。由于FLAC3D 的应用对象是地质岩土工程 ，它可以模拟各种不同的地质体材料及其各种不同的行为模式，因而，广泛应用于斜坡稳定性、基础工程、矿山开采、隧道工程等等岩土工程中的数值模拟分析和工程设计。（一）、FLAC3D 的特点1.灵活性FLAC3D 是连续（介质）体程序，用于在岩土、市政和采矿工程的分析、测试和设计。FLAC3D有很大的应用范围，因为它的分析潜力不仅

2、仅限于特定问题的定义或分析的类型。FLAC3D 的设计适用于任何岩土工程项目所需的连续体分析。2.强大性FLAC3D 是准确和有效的岩土分析工具，它采用显式有限差分公式。FLAC3D可以模拟许多不宜用FEM程序的复杂综合性行为，诸如：由几个阶段组成的问题、大位移和大应变、非线性材料行为和不稳定系统（甚至在大面积上发生屈服/失效或者全部倒塌的情况）。3.快速性FLAC3D运行在所有的Window平台上，命令模式可以用于标准输出窗口。FLAC3D提供内置的图元图形，和快速、高分辨的图形能力来加速建模过程。求解参数可以由用户指定，让用户可以在最大程度上控制持续时间、长度和模型运行的效率。通过FLAC

3、3D的强有力的内建语言FISH，用户可以进行附加的控制和专用定制。4.检验性FLAC3D已经应用了七年，应用于工程、咨询和大学教育和研究之中。FLAC3D目前的使用许可遍布42个国家，超过500用户，使它成为世界上应用最广泛的岩土工程分析的三维数值建模工具。5.可选择性(1)动态分析：用这个选项，可以完全模拟时域中系统的动态反应。FLAC3D 标准性质所增加的能力包括：指定的加速度、速度或应力波输入，静止边界，自由场条件，衰减，液化建模，和完全动力结构公式。此外，动态选项可以用于联合地下水流模型进行完全耦合分析。动态选项用非线性法则和适当塑性公式通过对材料、频率、位移和损害等方面认可的自然描述

4、，提供一个动态系统的准确观察。(2)热力学分析：热力选项允许对材料的热瞬间流动以及热力引起应力的后续发展进行建模。用该选项，模型可以独立运行，或者与机械应力计算或孔隙压力计算联系起来，在静态模式或动态模式任意一个中。(3)蠕变分析：八个附加的材料模式可以模拟粘弹性和粘塑性（蠕变）行为，它们构成蠕变选项：古典的粘弹性马克斯威尔(Maxwell)模式，Burger的材料粘弹性模式（薛夫曼模型），两元件激励法则，参考蠕变公式（WIPP模型）工具用于核废料隔离研究，Burger 蠕变的粘塑性模式，WIPP蠕变的粘塑性模型，激励法则的粘塑性模型，和(crushed-salt)碎盐晶体基本模式。FLAC3

5、D网格可以配置成蠕变计算和动态计算两种方式，但是，两种方式不能同时激活，因为时步相差太大。蠕变和动态计算在动态/蠕变分析中固定在一起。(4)用户定义的基本模式： 用户定义的基本模式现在可以用C+编写，并编译为DLL（动态连接库）文件，它们在FLAC3D 模拟需要的时候加载上。DLL模式的运行与内置模式的速度一样。用Visual C+ 6.0版本的编译器来编译DLL文件。对所有FLAC3D C+ 模块的源文件都提供给用户，相同的DLL 也被FLAC和即将到来的3DEC 和UDEC所采用。这样，一个用户定义的单个模块可以被好几个Itasca程序利用。（二）、工作的范围设计和进行原位调查，包括土和地

6、下水的采取样和分析；设计和实现地下水和渗流区监测程序；评价、分析和解释化学和水文地质数据；开发和管理化学和水文地质数据库；测试含水层和渗流区，评估水力参数；评估当地和区域地下水和地表水的运动和灌抽关系；地下水流的数值化模型；绘制土和地下水污染地图，并确定污染源；环境发展的变迁建模和分析；设计和评估土和地下水的补救措施；补救措施和相关费用的最优化；有助于对首选补救措施进行适应性调整和变通；模拟地质化学退化，计算自然事件和人造有机物的衰减腐败率；开发和检查计算程序，用于地质化学过程和在土与含水系统中溶解运移的建模；发展水文地质概念模型，用于地质、水力和地质化学系统中相互作用的解释和预测。二、FLA

7、C3D 和CivilFEM对ANSYS的CivilFEM是有限元分析程序，用于高级土木结构工程、重型土木结构工程，重型土木工程和高风险建筑。CivilFEM是对强大的ANSYS程序扩充定制的。用CivilFEM与FLAC3D 协力可以创建一个双向连接在预处理期易于模型的生成（材料、几何图形和网格）。CivilFEM模型可以输出到FLAC3D 中。在后期处理期，FLAC3D 结构单元结果可以返回到CivilFEM中用于进一步的分析。三、在FLAC3D 中进行模型模拟分析流程如下： 四、地质（岩土）工程建模的一些特点地质工程的模型化过程不同于一般金属材料的分析计算，这是由于在地质工程中，通常只有很

8、少的原位测试数据，而且变形和强度等设计参数的取值范围变化很大，有时想要获取岩土体内某处的原位数据也是不可能的。因而，在进行设计分析时，模型系统的输入数据是极为有限的，这样，岩土工程中力学数值分析的主要作用是理解影响和控制着模型系统行为的控制性的力学机制。我们一旦理解了系统的行为原因，可以通过直接的计算来完成设计过程。可见，由于在模型数值模拟中的输入数据中存在着大量的不确定性，使得希望模型可以提供设计数据（如，预期位移等）是无益的。这时，数值模型的作用是刻画特定的实际系统的力学机制，并由模型的力学行为来洞察和领会工程设计。当然，如果有大量的原位测试数据可以利用，通过建立全面综合性的模型进行计算，

9、可以直接获得设计所需要的数据信息。五、贵州构皮滩水电站右岸引水洞边坡三维分析建模的说明 1.立体图形和网格剖分整个立体模型由241个四方体、棱锥体、四面体等基本图形定形而成，并网格化为52056个单元和54901个网格节点。2.材料行为模式和参数取值引水洞边坡的力学行为均定义为莫尔库伦模式，即材料的强度特征符合莫尔库伦理论：岩体材料是在剪切荷载作用下发生变形和屈服破坏，且屈服应力仅取决于最大主应力和最小主应力。根据地质资料和模型分析需要，将边坡岩层概化：倾向为305，倾角45，四个不同参数层。将这四个有不同参数的材料层各自定义命名为一个域，以便分别进行参数赋值和调整。在莫尔库伦模式中，需用的参数有：质量密度、体积模量、剪切模量、抗拉强度、内摩擦角和内聚力。体积模量和剪切模量根据地质报告中的岩石的弹性模量和泊松比计算求得，其余参数均参考报告中相关数据所得。需要注意的是，由于岩石和岩体力学参数的非均质性和差异性，所有的参数均