FLAC3D的实例应用分析ppt课件.ppt

1,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,2,1FLAC3D软件简介,FLAC3DFastLagrangianAnalysisofContinuain3DimensionsFLAC3D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耦合、热力耦合以及动力学问题等。,3,1FLAC3D软件简介,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。,4,1.1、有限差分法,5,1.2、FLAC3D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null3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,7,1.3、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,beam,cable,shell,geogrid,liner,pile,结构单元类型,1.4、FLAC3D结构单元,9,三角形单元(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,11,1.6、FLAC3D界面介绍,图形显示窗口,12,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,13,2.1、老虎台矿开采诱发矿震的力学机理分析,地质条件,15,E5200剖面图,16,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,19,计算模型,21,1999-2000,E5200,E6000,22,破坏场发展趋势,1992,2000,23,1999-2000,E5200,E6000,24,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）,25,78001-1,78001-1,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,26,2.2程潮铁矿主溜井特大塌方治理,1#、2#主溜井的布置图,27,“托斗法”法方案主视图,28,“托斗法”方案局部剖视图,29,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,30,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,31,2.3鹤壁四矿村庄下厚煤层特殊开采,32,剖面图,33,中央条带两翼长壁开采方案,80m,150m,150m,34,三维计算模型图,35,中央条带两翼长壁工作面开采后地表下沉,36,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,37,2.4综放采场围岩应力分布与稳定性研究,三维模型,38,走向剖面,倾向剖面,模型剖面图,39,综放工作面煤层内垂直应力分布三维视图,40,沿煤层走向综放工作面中部围岩主应力场,41,沿煤层倾斜剖面工作面前方150m围岩主应力场,42,沿煤层倾斜剖面工作面前方15m围岩主应力场,43,沿煤层倾斜剖面工作面处围岩主应力场,44,沿煤层倾斜剖面工作面后方200m围岩主应力场,45,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,48,地下结构模型图,49,Z向位移,X向位移,Y向位移,开挖后地表土体位移分析,50,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,51,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,52,3.1、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,53,3.2、FLAC3D基本称谓,54,3.3、FLAC3D节点与单元编号,节点,单元,55,3.3、基本单元生成,基本单元,56,Genzonebrickp0p1p2p3p4p5p6p7sizen1n2n3进入图形窗口plotcreateszz_contourplotsetcent445plotsetrot20030plotsetmag1.0PlotaddcontszzsyysxxsxysminsmaxPlotaddblockszzsyysxxsxysminsmaxPlotaddblockstatePlotaddaxes,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,85,3.8结果显示菜单,86,genzonbrisize333;建立网格modelelas;材料参数propbulk3e8shear1e8inidens2000;初始条件fixzranz-.1.1;边界条件fixxranx-.1.1fixxranx2.93.1fixyrany-.1.1fixyrany2.93.1setgrav00-10solve;求解appnstr-10e4ranz3x12y12solveplotcontszz,简单应用1,3.9简单应用,87,简单应用2,3.9简单应用,genzoneradcylindersize2512525genzonereflectnormal-100genzonereflectnormal00-1genmerge1e-5modelmohrpropdens=1000bu=1e8sh=7e7fric25coh3.5e4tens1e10fixyfixxrangex-24.9-25.1fixxrangex24.925.1fixzrangez-24.9-25.1setgrav10iniszz-1e6grad001e6inisxx-0.5e6grad00.5e60inisyy-0.5e6grad00.5e60plotaddcontourzdispsolveratio2e-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,88,3.9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,93,模型尺寸模型单元数与计算机配置，运行时间的关系。FLAC3D运行时间正比于，N为单元数建模时命令genzonereflect/copy的应用genmergevalue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modenull与dele选择,4.1模型建立与开挖,94,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,95,genzonebricksize333&p0(0,0,0)p1(3,0,0)p2(0,3,0)p3(0,0,1.5)&p4(3,3,0)p5(0,3,1.5)p6(3,0,4.5)p7(3,3,4.5)groupBasegenzonebricksize333&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)groupToprangegroupBasenotgenseparateTopinterface1wrapBaseTopint1propkn2200ks1500c0.4fri26ten0.0001,4.2模拟断层,96,selbeamid1begin139.531.2-14.78end139.555.75-14.78selbeampropertyden7.85e-3emod2e5n0.3xca8.4e-3xciy3.9e-4xciz3.9e-4xcj7.8e-4y100rangeid189239hisid30selbeamffxcid1seldeletebeamrangeid1,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。,97,锚索单元在与FLAC3D网格连接处允许沿长度方向变形,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,98,selcableid=1begin=(x1,y1,z1)end=(x2,y2,z2)nseg=nselcablepropxcarea=2e-3emod=200e9yTens=1e20&gr_k=1e10gr_coh=1e20gr_per