RFPA-2D 岩层移动版说明书

1、目录第一章 RFPA2D理论概述11.1 RFPA2D基本概述11.2 RFPA2D-Strata方法要点21.3 RFPA2D-Strata介绍3第二章 RFPA2D-Strata软件的特点概述42.1 RFPA2D-Strata软件概述42.2 RFPA2D-Strata方法的主要要点42.3 RFPA2D-Strata软件基本原理5第三章 RFPA2D-Strata安装指南183.1系统要求183.2 RFPA2D-Strata的安装19第四章 RFPA2D-Strata简介214.1 RFPA2D-Strata的开发背景214.2如何获得帮助214.3如何购买21第五章 RFPA2D-

2、Strata菜单235.1 RFPA2D-Strata计算步骤235.2 RFPA2D-Strata工作平台的装入235.3 RFPA2D-Strata工作条介绍265.4 RFPA2D-Strata颜色灰度调整285.5 RFPA2D-Strata网格划分295.6 RFPA2D-Strata强度特性设置305.7 RFPA2D-Strata力边界条件设置315.8 RFPA2D-Strata控制条件设置325.9 RFPA2D-Strata系统自定义335.10 RFPA2D-Strata基本设置405.11 RFPA2D-Strata经典算例43第六章 RFPA2D常见问题556.1软件

3、安装问题与解答556.2软件操作问题与解答606.3软件高级运用及解答65II第一章 RFPA2D理论概述1.1RFPA2D基本概述岩石（岩体）是地质、采矿、石油、水利等部门经常涉及的最基本的天然材料。天然的岩体是非连续、非均质、非弹性、各向异性的介质。它具有时效性、记忆性和对环境的依赖性。尽管经典力学推衍了诸多的理论公式，但面对复杂的工程岩体材料仍显得无能为力。在许多实际工程当中，依据理想化的模式计算出的诸如岩体变形、破坏和强度等与实际相差甚远。煤矿岩爆、瓦斯突出、采场顶板垮落、水坝开裂、岩土边坡失稳、地震等众多灾害性事故的发生，不仅给国家和人民财产造成了巨大损失，同时也表明，人类目前尚缺乏

4、对岩石（岩体）材料的不规则性、复杂性和物理力学非线性本质的认识和解决这些问题的方法，致使许多岩石力学问题无法定量或定性地予以解释和分析。岩石力学问题，广义讲包括岩石破坏问题。岩石之所以产生非线性变形，就是因为岩石在受载过程中其内部不断产生微细破裂。这种微细破裂的不断发展便导致最终的宏观破裂。通常的有限元方法尽管可以模拟岩石的非线性变形，但只是在宏观行为上的一种“形似”，而没有模拟出岩石在变形过程中的微破裂进程，因而不能做到“神似”。为了解决岩石破裂过程的分析，采用有限差分法、有限单元法、边界元法、半解析元法、离散元法等数值模拟方法在全面解决复杂的岩土工程问题，例如岩土材料的非线性问题、岩体中节

5、理、裂隙等不连续面对分析计算的影响、分步开挖与充填施工作业对围岩稳定性的影响等方面都不同程度的存在缺陷。1995年，软件系统创始人唐春安教授针对这些问题提出了基于有限元基本理论，充分考虑岩石破裂过程中伴随的非线性、非均匀性和各向异性等特点的新的数值模拟方法“RFPA（Realistic Failure Process Analysis）方法”， 即真实破坏过程分析方法。1.2RFPA2D-Strata方法要点 1、将材料的非质性参数引入到计算单元，宏观破坏是单元破坏的积累过程。 2、认为单元性质是线弹-脆性或脆-塑性的，单元的弹模和强度等其他参数服从某种分布，如正态分布、韦伯分布、均匀分布等。

6、 3、认为当单元应力达到破坏的准则发生破坏，并对破坏单元进行刚度退化处理，故可以以连续介质力学方法处理物理非连续介质问题。4、 认为岩石的损伤量、声发射同破坏单元数成正比。RFPA数值模拟方法同时还认为：1、将材料的不均匀性 当单元变形使应力达到一定强度值时即作破坏处理（即假定单元性质近似为弹脆性的，但由于考虑了材料的非均匀性，材料的宏观性质则可能是具有软化或弱化关系的非线性性质）。2、破坏单元不具备抗拉能力，但具备一定的抗挤压能力。3、材料的非均匀性可以通过单元力学参数分布的非均匀性来表达。4、破坏单元的力学特性变化是不可逆的。5、基元相变前后均为线弹性体。1.3RFPA2D-Strata介

7、绍RFPA2D-Strata是继RFPA2D-Basic版推出的，主要面向岩土工程的应用分析。新版的RFPA2D-Basic版引入了松散系数，实现了对冒落岩体碎胀的模拟再现，使得岩层移动（垮落）的模拟更加符合实际。利用该版本可对地下工程诱发的地表沉陷、岩层移动、巷道破坏、顶板冒落等工程灾害展开应力场、位移场及声发射模式（微震）的实时监测。 如：(1) 采矿诱发的岩层移动规律模拟分析；(2) 地下工程施工诱发的地表沉陷计算模拟分析；(3) 隧道群的变形破坏过程计算模拟分析。第二章 RFPA2D-Strata软件的特点概述2.1RFPA软件概述真实破裂过程分析（Realistic Failure

8、Process Analysis）简称：RFPA，RFPA软件是基于RFPA方法（即真实破裂过程分析方法）研发的一个能够模拟材料渐进破坏的数值试验工具。其计算方法基于有限元理论和统计损伤理论，该方法考虑了材料性质的非均性、缺陷分布的随机性，并把这种材料性质的统计分布假设结合到数值计算方法（有限元法）中，对满足给定强度准则的单元进行破坏处理，从而使得非均匀性材料破坏过程的数值模拟得以实现。因RFPA软件独特的计算分析方法，使其能解决岩土工程中多数模拟软件无法解决的问题。RFPA是一个能够模拟材料渐进破裂直至失稳全过程的数值试验工具。该方法的一个重要特色是考虑了材料性质的非均匀性，是一种通过非均匀

9、性模拟非线性、通过连续介质力学方法模拟非连续介质力学问题的材料破裂过程分析新型数值分析方法。2.2 RFPA2D-Strata方法的主要要点1）将材料的不均质性参数引入到计算单元，宏观破坏是单元破坏的积累过程。2）认为单元性质是线弹-脆性或脆-塑性的，单元的弹模和强度等其他参数服从某种分布，如正态、韦伯、均匀等。3）认为当单元应力达到破坏的准则将发生破坏，并对破坏单元进行刚度退化处理，故可以以连续介质力学方法处理物理非线性介质问题。4）认为岩石的损伤量、声发射同破坏单元数成正比。2.3 RFPA2D-Strata软件基本原理1）基于弹性损伤理论RFPA是一个以弹性力学为应力分析工具、以弹性损伤

10、理论及其修正后的Coulomb破坏准则为介质变形和破坏分析模块的真实破裂过程分析系统。其基本思路是：材料介质模型离散化成由细观基元组成的数值模型，材料介质在细观上是各向同性的弹-脆性或脆-塑性介质；假定离散化后的细观基元的力学性质服从某种统计分布规律（如weibull分布），由此建立细观与宏观介质力学性能的联系；按弹性力学中的基元线弹性应力、应变求解方法，分析模型的应力、应变状态。RFPA利用线弹性有限元方法作为应力求解器；引入适当的基元破坏准则（相变准则）和损伤规律，基元的相变临界点用修正的Coulomb准则；基元的力学性质随演化的发展是不可逆的；基元相变前后均为线弹性体；材料介质的裂纹扩展

11、是一个准静态过程，忽略因快速扩展引起的惯性力的影响。2）网格划分非均匀介质单元划分标准：从提过计算速度的角度讲：自然是单元取得大些比较合适，但较大的单元不仅不能反映细观非均匀的力学性质，使模型不能很好地反映工程实际，而且较大的单元尺寸本身也会给计算带来较大的误差。从计算精度的角度讲：在计算机速度允许的情况下，应尽可能的将单元划分得小些，这样不仅能够使模型更加真实地反映实际，而且也有利于提高计算的精度。单元大小的划分标准：根据精度，是否将单元划分的越小越好呢？未必！大家知道，在断裂力学中，为了数学处理的方便，裂纹的两端被假设为无穷小的尖端。然而，按照这一假设，所计算出的裂纹尖端处的拉应力为无穷大

12、。这意味着什么？意味着只要给定任意有限值得加载，裂纹便会迅速扩展，这显然是与实际情况不相符的。造成这一错误结论的原因是，在现实的介质特别是岩石介质中，裂纹尖端实际上是有一定尺度的。这一尺度是与介质的基本细观性质有关的，我们称之为介质的细观特征尺度。因此， 单元大小的划分标准为：只要数值模型中的单元尺寸能够反映或者基本反映这种细观特征尺度，那么该模型的单元尺寸就是合理或者基本合理的。RFPA选取等面积四节点的四边形单元剖分计算对象。为了使问题的解答足够精确，RFPA方法要求模型中的单元足够小（相对于宏观介质），以能足够精确的地反映介质的非均匀性。但它又必需足够大（包含一定数量的矿物和胶结物颗粒，

13、以及微裂隙、孔洞等细小缺陷），因为作为子系统的单元实际上仍是一个自由度很大的系统，它具有远大于微观尺度的细观尺度。这以要求正是为了保证使剖分后的单元性质尽量接近基元性质。尽管这样会增加计算量，但是问题的处理变得简单，而且随着计算机技术的高速发展，计算机瓶颈的影响将会逐渐消除。由于模型中的基元数量足够多，宏观的力学行为，本质上是介质大量基元力学行为的集体效应。但是每个基元的个体行为对宏观性能的影响却是有限的。正如夏蒙棼（1995）所指出的：“对单个个体的力学性能作详尽无遗的描述不仅不可能，而且也不必要，只需给出一个详略得当的描述即可”。RFPA系统正是基于这种原则对基元的力学行为进行描述的。3）

14、基元赋值基元的引入：细观力学认为：通过细观单元的变形、破坏的个体行为的积累来反映宏观行为的演化，为研究介质变形和破裂的宏观行为提供了一种新的途径。所谓的基元，是构成介质的基本细观尺度单元，是在物理力学性质方面能够代表介质特征的最小单元。在岩石破裂过程分析RPFA系统中，为了能够充分考虑介质力学性能的非均匀性以及由这种非均匀性引起的变形、破裂过程的复杂性，我们引入了三种特性的基元，即基质基元、空气基元和接触基元。基质基元；是指基元在模型中的当前功能为实体介质。它的性能由岩石的本构关系来描述。空气基元；是指基元在模型中的当前功能为虚体特性。当单元介质在拉应力条件下发生断裂后，形成断裂面。就断裂面的

15、物理本质而言，也就是应力的传递在此出现不连续或中断。通常的数值计算方法解决这一问题的方法是将单元中的节点分开，或者是将单元从模型中去掉。但是，这样做的结果使得模型的数学处理变得极其复杂，而且一般不适合多裂纹、特别是多裂纹相互交叉的情形。RFPA系统采用的裂纹处理方法，即空气基元。当基元介质发生断裂后，我们不是将该单元从模型中去掉，而是用弹模极低的基元性质取代原有的实体基元的性质，由于新的基元弹模极低，可以近似的认为实体介质的行为已不存在，这样在不改变模型数学结构的前提下，却可以使得模型在总体特性上能够反映出因基元破裂而引起的物理特性的改变。接触基元；压、剪破坏后的基元在一定范围内维持残余强度状

16、态。但是，对于现实中的介质来说，破坏后的介质在继续受压应力、特别是各向均受压应力的条件下，将出现所谓的压密或压实现象，其力学表现则是压密后的介质刚度不仅不降低，反而出现上升。从而引入了接触基元。所谓基元的相变，三种基元在一定条件下，将由一种突然转化为另一种，这种其力学性质全然改观，叫做相变。其临界条件即为相变点。RFPA方法中假定离散化后的细观基元的力学性质服从某种统计分布规律（如Weibull分布），由此建立细观与宏观介质力学性能的联系。如我们引入Weibull统计分布函数来描述，即： （2-1）式中：材料（岩石）介质基元体力学性质参数（弹模、强度、泊松比、自重等）；基元体力学性质参数的平均

17、值；m分布函数的性质参数，其物理意义反映了材料（岩石）介质的均匀性，定义为材料（岩石）介质的均匀性系数，反映材料的均匀程度；是材料（岩石）基元体力学性质的统计分布密度。式（2-1）反映了某中材料（岩石）细观力学性质非均匀性分布情况。随着均质度系数m的增加，基元体力学性质集中于一个狭窄的范围之内，表明材料（岩石）介质的性质较均匀；而当均匀性系数m值减小时，则基元体的力学性质分布范围变宽，表明介质的性质趋于非均匀。图2-1给出了不同均匀性系数材料（岩石）介质的弹性模量或强度的分布图（代表弹性模量或强度等力学性质参数）。图2-1 具有不同均匀性系数材料基元体力学性质分布形式以弹性模量为例介绍RFPA

18、中模型基元体力学性质参数的赋值：设模型中所有基元的弹性模量平均值为，代表了具有某弹性模量E基元的分布值，基于式（2-1）弹性模量Weibull分布函数的积分为： （2-2）其中，为具有弹性模量E的基元的统计数量。由式（2-2）统计分布构成的基元组成一个样本空间，在均值不变的情况下，由于m值的差别，积分空间分布不一样。这些基元构成的材料介质的细观平均性质可能大体一致（相同），但是由于细观结构的无序性，使得基元的空间排列方式有显著的不同。这种细观上的无序性正好体现了岩石类介质独特的离散性特征。（a） (a)（b） (b)（c） (c)图2-2 不同均质度介质弹性模量空间分布形式与对应的分布图（a）

19、m=2；（b）m=5；（c）m=10图2-2是三种不同均质度介质RFPA的随机赋值的弹性模量的分布形式。图中基元的灰度代表了弹性模量值的大小，灰度越高，弹性模量值越高，反之，则越低。由于均质度系数越低，图2-2（a）中的基元弹性模量值相差很大，表现出很强的离散性；由于均质度系数越高，图2-2（c）中基元之间弹性模量值差别小，整体上灰度趋于一致。图2-2（a）（c）反映了某种介质弹性模量非均匀性分布情况。其中横坐标表示弹性模量单位，纵坐标表示分布所占的单元数。随着均匀性系数m的增加，基元体的弹性模量将集中于一个狭窄的范围之内，表明弹性模量分布较均匀；而当均匀性系数m值减小时，则基元体的弹性模量分

20、布范围变宽，表明弹性模量分布趋于均匀。4）应力计算在RFPA系统中，整个分析对象被离散成若干具有不同物理力学性质的基元，为了求解各个基元的应力、应变状态，各基元之间需要满足力的平衡、变形协调和一定的应力、应变关系（物理方程）。在众多有关应力、应变的数值计算方法中，有限元是最理想的一种数值计算方法之一。它是将一个连续的介质离散成由诸多有限大小的单元组成的结构物体，然后通过力的平衡方程、几何方程、物理方程求解各个离散体的力学状态。因此，在RFPA系统中利用有限元作为应力分析求解器。当然也可以选用其它的数值计算方法作为应力分析求解器。应力分析求解器相当于一个应力计算器，它完成外载荷作用下对象内部各基

21、元的应力、应变状态的计算工作。5）相变分析在RFPA系统中，通过应力求解器完成各个基元的应力、应变计算后，程序便转入相变分析。相变分析是根据相变准则来检查各个基元是否有相变，并依据相变的类型对相变基元采用刚度特性弱化（如裂缝或分离）或刚度重建（如压密或接触）的办法进行处理。最后形成新的、用于迭代计算的整体介质各基元的物理力学参数。在RFPA系统中，应力计算和相变分析相互独立，应力求解器仅完成应力、应变计算，不参与相变分析。6）RFPA程序流程图RFPA程序工作流程主要由以下三部分完成：实体建模和网格划分。用户选择基元类型（实体、支护或空洞），定义介质的力学性质，进行实体建模和网格剖分；应力计算

22、。应力、应变分析，依据用户输入的边界条件和加载控制参数，以及输入的基元性质数据，形成刚度矩阵，求解并输出有限元计算结果（应力、节点位移）；基元相变分析。根据相变准则对应力求解器产生的结果进行相变判断，然后对相变基元进行弱化或重建处理，最后形成迭代计算刚度矩阵所需的数据文件；整个工作流程可见下图，对于每个给定的位移增量，首先进行应力计算，然后根据相变准则来检查模型中是否有相变基元，如果没有，继续加载增加一个位移分量，进行下一步应力计算。如果有相变基元，则根据基元的应力状态进行刚度弱化处理，然后重新进行当前步的应力计算，直至没有新的相变基元出现。重复上面的过程，直至达到所施加的载荷、变形或整个介质

23、产生宏观破裂。在RFPA系统执行过程中，对每一步应力、应变计算采用全量加载，计算步之间是相互独立的。开始实体建模和网格划分，用统计分布函数，赋每个基元的刚度、相变值等施加载荷产生一个新的边界位移或载荷形成新的刚度矩阵计算基元节点力和位移根据相变准则判断是否有基元相变将相变基元进行弱化处理加载是否需要结束结束线弹性有限元求解器应力分析相变分析否否是是 RFPA程序流程图69第三章 RFPA2D-Strata安装指南欢迎使用由大连力软科技有限公司（Mechsoft）推出的真实破坏过程分析数值计算软件RFPA2D-Strata软件系统 for Windows2000/NT/XP/Windows7。3

24、.1系统要求 为能确保您的软件成功安装及顺利完成您的计算问题，并把您的成果更好的展现出来，您应拥有至少下列配置的机器。硬件 CPU: Pentium或以上配置的各种原装、兼容机 至少512MBRAM 5GB可用磁盘空间 256彩色或24位真彩监视器，最好显示卡有64M以上显存 CD-ROM 彩色打印机（可选）软件 Microsoft Windows2000/NT/XP/Windows73.2 RFPA2D-Strata的安装在进行软件安装之前，为了安全起见请将RFPA2D-Seepage软件系统的安装盘在您的机器上备份一套。（1）确信您的机器上已安装了Windows2000/NT/XP/Win

25、dows7。（2）将安装光盘放入光驱，在Windows2000/NT/XP/Windows7下的Windows Explorer文件管理器里用鼠标双击光盘中的Setup.exe文件或者在Start菜单里弹出Run窗口敲入 G: Setup.exe（假设用户的光驱为G盘），然后选择OK即可；也可在控制面板利用“删除/添加程序”控件按照提示安装。只要按提示执行，将依次弹出选择目录、安装方式等对话框，按照您自己的要求选择执行方式。至安装过程结束将最终在您机器的运行环境中产生一个RFPA2D程序组，并将安装到用户机器的开始菜单上去。建议立即重新启动机器，以便系统注册成功！现在您已按安装程序的提示成功的

26、在您的机器上安装完RFPA2D Seepage软件系统，在安装过程中建议最好按缺省安装，这样有利于您的机器系统管理和RFPA2D Seepage的正常运行。当您完成安装后，确信将您的软件光盘放在安全的地方。注意：为获得更详细的安装知识，您也可阅读安装盘提供的README.TXT文件。在使用RFPA2D-Seepage软件系统和参阅本章之前，直接从光盘阅读。如果还没有，最好阅读第本章，然后正确安装您的软件。第四章 RFPA2D-Strata简介4.1 RFPA2D-Strata的开发背景二维真实破裂过程分析系统（V2.0）是由大连力软科技有限公司推出的一款全新的针对二维模型的力学分析软件，新版本

27、的RFPA2D-Strata从软件的整体结构以及软件的操作上都有了较大的改进，全新的UI界面使用户操作更加方便简洁。4.2如何获得帮助在使用RFPA系列软件遇到问题时候，可通过以下方式取得帮助：电话求助 Tel:mail求助 QQ群求助 RFPA技术交流群1：11971175 RFPA技术交流群2：541517874.3如何购买如果您需要购买RFPA系列软件，可以联系大连力软科技有限公司咨询购买事项。联系方式：大连力软科技有限公司地址：中国大连经济技术开发区图强街321号 软件大厦201室邮编：116622Tel: 0411-8731

28、5655Fax:址：/第五章 RFPA2D-Strata菜单5.1 RFPA2D-Strata计算步骤5.2 RFPA2D-Strata工作平台的装入：通过鼠标双击桌面上RFPA图标装入：通过开始菜单装入，开始程序RFPA：通过Windows Explorer中运行RFPAstudio.exe 命令：c：RFPARFPAstudio.exe5.3 RFPA2D-Strata工作条介绍5.4 RFPA2D-Strata颜色灰度调整颜色灰度调整(Color Adjustment):用户根据自己的研究和兴趣需要，可进行结果图颜色

29、灰度的调整；单击左边颜色框，调节右边Minimum 和Maximum滑动按钮。5.5 RFPA2D-Strata网格划分Y Length(mm),X length(m): Y方向和X方向的尺寸均为所研究问题的实际尺寸，单位为毫米，建立模型的时候需要将实际尺寸换算成毫米，单元尺寸为实际 尺寸除单元个数。Rows(Elements),Cols(Elements): 单元列数和行数，单元尺寸的划分原则前面已讲述。Heterogeneity Index行：为均质度，weibull统计分布函数中的参数m，反映岩石介质的均质性。若模拟地下工程等必须考虑模型本身的重力的工程问题时，需要输入自重的参数，注意自

30、重的单位：N/mm3。Mean Value:为单元物理力学参数的平均值。5.6 RFPA2D-Strata强度特性设置摩擦角(Friction)：材料在垂直力作用下发生剪切破坏时错动面的倾角 （材料固有）。压拉比(C/T ratio)：材料抗压强度与抗拉强度的比值。残余强度百分比(Residual strength(%)：破坏后的残余强度与破坏前强度的比值。残余泊松比百分比(Residual poisson(%)：破坏后的泊松比与破坏前泊松比的比值。最大应变(Maximum strain)：极限最大应变与弹性最大应变的比值（理解参见基元与其特性）。5.7 RFPA2D-Strata力边界条件设

31、置加载方式(Load mode)：位移加载、应力加载、围压控制、自由。加载初始步(Initial step)：开始施加力边界条件的开始步。加载初始值(Initial value)：计算循环中加载起始步的值（选择不同的加载方式则对应不同的加载值）。加载增量(Increment)：两个加载步之间变化量。正值表示压，负值表示拉。加载终值(Final value)：用于设置加载循环中某方向上的终值。加载终止步(Final step)：设置加载的终止步。5.8 RFPA2D-Strata控制条件设置执行完网格划分命令就要对模拟区进行控制条件设置。总控制步(Total step)：控制整个程序的循环计算步

32、。也就是所计算的循环步最终取决于此处的步数。步中步(step In step)：根据计算精度而显示的两步之间的小步。求解类型(Load type)：可进行平面应变问题、平面应力问题和轴对成问题的求解。重力方向(Weight direction)：重力方向的确定。5.9 RFPA2D-Strata系统自定义图片类型和尺寸(Picture Type Size)：结果图类型(Type)：此命令主要是定义在模型计算完成后要显示图形的类型和尺寸。根据研究问题的需要将相应的结果图选项上钩上即可。图形尺寸(Size)：对系统生成的结果图进行大小设置，选Default默认，系统根据窗口大小随机生成。矢量单元间

33、隔(Vector element intervals)：因为要表示矢量场，用箭头表示矢量的大小方向，箭头方向为矢量方向，箭头长短表示矢量大小。位移矢量放大系数 (Displacement vector amplified coeff)：为了计算结果显示的我们能更好的看清以说明问题，对原始矢量大小给予适当的放大。应力矢量放大系数(Stress vector amplified coeff)：解释同位移放大系数。注：这些参数定义可在计算运行命令之前执行，也可在计算命令之后执行。显示步(Show step)：显示步(Show step)：此命令在设置重画计算结果图时候设置，设置重画计算步的间隔。也可

34、在input redraw step 下面直接输入要重画的计算步，用英文状态下的逗号相隔。重画(Redraw)：是系统对计算数据进行重新生成图像的操作，原计算数据不变化，只是新生成的结果图将覆盖和上次生成的名称相同的图形。不同于系统重置(reset)。声发射图设置(AE Picture Setting)：声发射圆大小(Type size)：设置声发射圆大小（代表相对能量或震级大小），Amplified radius是指在原能量圆大小的基础上放大的倍数。所有步(For all steps)：显示当前所有步的声发射圆。当前步(For current step)：显示当前单步的声发射圆。发射圆颜色(

35、AE color)：用声发射圆颜色进行区别单元的破坏是抗拉破坏、抗压破坏、还是抗剪破坏。双击颜色框进行调节。高级设置(Advanced Setting)主要对破坏后和空气单元的参数进行调整(初学者将词项默认)。分离系数(Detached coeff)：主要为了处理破坏后单元的显示状态，当破坏单元的变形(受拉)达到分离系数指定的变形量时，认为单元已彻底分离，将不在显示此单元，值为1-100。设置为5时，表示当单元的最大变形超过5倍单元原始尺寸时，不再显示此单元。灰度系数(Gray degree coeff)：是通过去掉高亮度单元来调整总体的亮度范围，值在01之间，其意义为：假设模型单元数为10，

36、000个，灰度系数为0.01，则表示在显示时去掉10，0000.01=100个最亮的个单元级别。大位移(Large displacement)：是在处理自重问题时，当破坏的单元下落的位移超过设置值时，则认为破坏单元脱离母体单元，值为单元边长的倍数。其他设置(Others setting)变形放大系数(Deformation)：对破模型的尺寸在显示时做放大处理，如有时计算完成后发现模型没有变化则可能是放大系数设置的太小；反之，当计算完成后显示的图形出现全黑时，则有可能是因为放大系数设置过大的缘故。计算精度系数(Accurate of stress)：表示控制计算精度，如设置为0.0001时，则表

37、示当破坏单元达到总单元数万分之一时，系统不再做当前不的循环计算。5.10 RFPA2D-Strata基本设置在岩层移动分析中，节理实际上是岩层之间的弱层，它的功能是能够抵抗上下的压力，但不能承受上下之间的拉应力。所以，节理系数的拉、压应变系数设的相对较小。节理的参数设置如图：（1）C/T设大，一般设10-20之间。（2）弹模小、抗压强度小。（3）最大拉应变系数（Tension）小，一般设为1.0左右。（4）最大压应变系数（Compression）小，一般设为20左右。（5）水平节理和垂直节理高度设置尽量小，这样效果好。节理设置步骤：（1）启动鼠标操作开关。（2）设置节理的力学参数，按弹出材料特

38、性对话框如下图。节理高度设置：设置节理单元的高度如下图（4）在模型上拉线进行节理的设置。5.11 RFPA2D-Strata经典算例5.11.1地下工程开挖引起地应力重分布模拟模型及参数： 模型尺寸10000mm20000mm ，网个划分为100200个基元 。采用平面应变问题。水平设置位移固定，垂直方向自由。通过开挖步控制。分五步开挖，每步向右开挖1000mm，开挖宽度（高度）为1000mm。力学性质参数如下表：均质度弹性模量强度Poisson自重3500002000.252.5e-5摩擦角C/T Max strain TMax strain CStrength criterion30101

39、.5200M-C CriterionRFPA数值模型：建模过程：第一步划分网格，单击在弹出的窗口中输入模型的材料参数和模型的大小，网格的数量，单击Strength criterion设置摩擦角等参数如图：第二步分步开挖：单击选择cavity，设置初始开挖步，这里我们从第2步开始开挖单击OK，再接下出现的窗口默认设置单击OK即可。选择输入开挖的坐标如图所示，重复上面的步骤直到开挖完成为止。第三步设置边界条件。单击按实际情况设置模型的边界条件如图：模拟结果 第一步开挖第二步开挖 第三步开挖 第四步开挖 第五步开挖5.12.2开采诱发的岩层移动顶板冒落模拟模型：上硬下软型岩层顶板冒落模型尺寸50m1

40、00m，网个划分为100200个基元 。采用平面应变问题。本模型共分不同岩性的5层岩层，力学参数及厚度如表1所示。本模型计算的目的是主要在于考察自下而上厚度和强度呈递增状态的顶板破坏过程及特征。水平设置位移固定，垂直方向自由。通过开挖步控制。每步向右开挖1000mm，开挖宽度（高度）为1000mm。力学性质参数如下表：层序岩性厚度（m）弹性模量（MPa）抗压强度（MPa）自重（N/mm3）摩擦角(度)泊松比顶板3砂岩308000802.65300.25顶板2砂岩7.55000502.5350.30顶板1砂页岩53000302.5370.30煤层2.51000251.8380.35底版砂岩510

41、0001002.65300.25位置均质度弹模抗压强度自重M S -TM S -C压拉比节理501000102.01.02050RFPA数值模型模型的建立整个建模的过程和上例相同，因而不再重复述说。模拟结果第六章 RFPA2D常见问题6.1软件安装问题与解答6.1.1关于RFPA注册【问题】：RFPA软件在安装完成后为什么要进行注册操作？【解答】：RFPA程序由大连力软科技有限公司保留所有版权，为了更好的保护用户的权益，RFPA程序在发布时加入注册机程序，根据机器硬件序列号算码，要求用户第一次安装并使用（或试用）RFPA程序注册程序（正确注册后下次运行程序不在注册）。【问题】：如何获取RFPA

42、软件注册码？【解答】：途径1：通过官方网站免费注册会员获取注册码。途径2：将机器码Email至或获取注册码，或致电大连力软科技有限公司（86）411-87315655获取。如在途径1中未争取获得直接联系大连力软科技有限公司。6.1.2关于RFPA软件加密狗【问题】：成功安装RFPA程序后，却不能运行，提示不能找到加密狗（Cant find the dog!），如下图所示，什么原因？【解答】：出现此提示可能有4个原因：1）未安装加密狗驱动程序；在安装完RFPA后，为使程序能正常运行，用户必须安装加密狗的驱

43、动程序。在安装的最后一步，要选中运行SoftDogInstdrv.exe，否则将提示不能找到狗。如下图所示。2)所用加密狗与软件版本不配套。（请与大连力软科技有限公司联系）3)插入加密狗的USB接口不能正常使用。4)加密狗硬件损坏。（请与大连力软科技有限公司联系）6.1.3关于RFPA安装：Win7下程序无法正常运行【问题】：RFPA2D安装程序安装到Win7系统后，运行程序提示错误，是什么原因？如何解决？【解答】：产生错误的原因是本软件是32位机器上开发的32位程序，Win7是64位系统，用户需要右键单击软件安装到桌面上的图标，再弹出的右键菜单中选择属性并单击，弹出属性界面，选择【兼容性】标

44、签，在兼容模式组合框中选择用兼容方式运行这个程序，并在下拉列表框中选择windows xp（32位），按下确定按钮，然后程序就可以正常运行。6.1.4不能加载绘图控件服务器【问题】：运行程序后提示不能加载绘图控件服务器（Can not load Graphic Server!），如下提示框，是什么原因？如何解决？【解答】：出现此提示框的原因主要是绘图控件未成功加载，主要产生于操作系统配置缺少绘图控件文件，系统的Graphics Server未启动。解决方案：（1）为将RFPA安装目录下的GRAPH32.OCX、GSW32.EXE、GSW.EXE、GSWAG32.DLL、GSWDLL32、GSW

45、DLL.DLL、REGSVR32.EXE文件拷贝到系统system32目录下。重新启动电脑后即可加载成功；（2）可以通过Windows Explore中查找命令确定Graph32.ocx和Regsvr32.exe的路径（缺省安装它们在Windwos的System32目录中），在开始菜单的运行中执行. Regsvr32.exe Graph32.ocx将Graphics Server注册即可。6.1.5模型构建完成后，提示无法计算【问题】：构建模型完成后，执行计算提示错误发生，请检查模型设计是否正确，如下提示框，是什么原因？如何解决？【解答】：产生的原因是有限元计算模块未成功调用。解决方案：检查R

46、FPA安装目录下是否有FEM_Solid2D.exe文件，如果缺失该文件，请重新安装。如果有该文件双击运行，如果提示系统配置不正确，可能由于操作系统缺少.Net Frame 3.0及以上程序框架。请安装 .Net Frame程序框架后，重新启动计算机，然后运行RFPA程序即可。【问题】：当不能打开已有的*.rfp文件时是什么原因？【解答】：可能是由于两种原因造成：文件在保存过程中机器出现了内存或其它方面的意外，致使保存的文件不完善，缺少部分信息，如果用户将其另存为一文件，仍然打不开，则只有请删除并重新创建它。【问题】：这个软件能否对岩爆模拟？【解答】：看你怎么建立岩爆模型。一般来讲，尽管岩爆瞬

47、间是动力学问题，但其实我们关心的是岩爆的孕育过程，即由渐进破裂直至失稳的发展过程。它实际是一个准静态问题。可以用RFPA模拟。【问题】：RFPA可以做岩样超声波探伤模拟？【解答】：不可以。【问题】：您说岩石的均值度设为多少比较合适？【解答】：根据岩石的非线性特征可以初略确定，对于有明显软化段的缺陷，一般小于2。【问题】：rfpa能模拟接触理论不？【解答】：只能模拟小变形情况下的点载荷接触。【问题】：实际的弹性模量和咱们模拟的时候设置的弹性模量大概关系是？我看见威布尔分布，但是怎么确定？那有一个大概的比例范围？【解答】：RFPA的弹性模量是各单元弹性模量统计分布的均值，正常情况是略大于实际整体弹

48、性模量。但强度的均值要远大于实际的宏观强度值。因为在破坏过程中，单元总是从低强度的地方开始破坏，所以，试样的宏观强度远低于单元的平均强度。最好的办法是针对你的问题做试算，类似反分析，一般可以令弹模相等，强度任意给定，算两次，然后插值即可获得均值强度。【问题】：为什么可以令弹模相等（或略大）？【解答】：是因为宏观应力计算主要依赖于平均弹模性质，而破坏计算主要依赖小强度单元性质。即在做应力计算时，可以采用平均化理论，但做破坏分析时，通常的平均化理论是不可以随便用的。这也就是RFPA软件为什么要考虑非均匀性（特别是强度），而不将材料性质假设成均匀的原因。6.2软件操作问题与解答6.2.1 RFPA2

49、D-Basic操作问题与解答【问题】：当计算中途发现参数设置不合理，如何在不重新建模下更改参数？【解答】：在这种情况下，可以不重新建模只需更改材料参数重新计算，具体操作方法为：第1步：停止运行当前程序；第2步：Reset命令重置当前模型；第3步：在编辑材料中，选择要更改的材料的破坏特性、弹力特性或渗流特性，在弹出的对话框中更改参数即可；第4步：重新运算；【问题】：当岩石出现裂隙后，怎样区分拉伸破裂和剪切破裂？【解答】：通过声发射圆圈的颜色区分，默认红色为拉伸破裂，白色为剪切破裂，具体颜色用户可以在Self Define中调节。【问题】：请问RFPA中，声发射中的圆圈是什么意思，圆圈的大小代表什

50、么？【解答】：圆心代表声发射位置、圆圈大小代表声发射释放的能量。【问题】：在RFPA模拟的时候，为什么有时候有的步数有AE Count而没有AE Energy?【解答】：如果有AE Count这一步就有能量释放，有可能能量很小，在这里精度太低近似为0了，而不是没有。【问题】：计算完毕后，查看多单元信息命令，为什么是显示灰色不可用状态?【解答】：多单元信息查看命令只有在模型设计窗口中才可用，因为只有在模型设计中才有网格信息，而在其他窗口下如Shear下为图片信息(BMP图)，在模型设计中拉线（注意，不是绘直线）选定多元信息。6.2.2 RFPA2D-Flow操作问题与解答【问题】：在模拟突水问题

51、的渗流计算的时候，岩层中有含水层、有隔水层，含水层和隔水层中的水压力肯定是不同的，在RFPA程序中如何体现其中的水压力的不同？【解答】：实际中含水层和隔水层的渗透系数、孔隙水压力系数肯定是会有比较大的差别的，在进行模拟时，针对含水层和隔水层的这种差别肯定也要体现出来，即：输入的渗透系数、孔隙水压力系数肯定是不同的，那么即使在统一的外部渗流边界下，那么经计算之后，含水层和隔水层中水压力分布就会体现出明显的差异。【问题】：对于以下所示模型，岩层和煤层的渗流边界流量为0如何设置？【解答】：外部边界岩层直接把渗流边界加到四边即可（方形的四边），就可以保证岩层四周的流量为0了。内部煤层的渗流边界设置通过

52、孔系压力系数来控制，在渗流版中，目前的渗流边界，也就是按住“”，然后按“”图标操作的渗流边界，一律是针对模型的左右、上下四个直边界来操作的，内部单元不要加这些边界，内部单元的透气、不透气、隔水、不隔水，是靠开挖、充填、渗透系数等来控制的。【问题】：在做水压致裂时，中间孔是开挖还是填充材料？水压增量怎么设置？【解答】：中间为开挖。在开挖的时候，会有一个渗流边界设置，里面有水头和流量等，只要在那里填上对应的值，那么开挖掉的部分就会加上相应的渗流边界了。【问题】：在模拟突水问题的渗流计算的时候，岩层中有含水层、有隔水层，含水层和隔水层中的水压力肯定是不同的，在RFPA程序中如何体现其中的水压力的不同

53、？【解答】：实际中含水层和隔水层的渗透系数、孔隙水压力系数肯定是会有比较大的差别的，在进行模拟时，针对含水层和隔水层的这种差别肯定也要体现出来，即：输入的渗透系数、孔隙水压力系数肯定是不同的，那么即使在统一的外部渗流边界下，那么经计算之后，含水层和隔水层中水压力分布就会体现出明显的差异。6.2.3 RFPA2D-Strata操作问题与解答【问题】：在计算岩层移动问题的时候，节理单元的参数如何选取与设置？【解答】：一般来说，节理单元的弹性模量和强度都比较低，也就是低于其他岩层的强度和弹性模量，并且节理的抗压不抗拉，容易产生拉伸破坏。节理的参数选取有如下原则和特性：提高压拉比（C/T），推荐设置1

54、5以上，默认值为10；弹性模量和强度相对其他岩层较低；最大拉应变系数设小，推荐设置小于1.3，默认1.5；使单元易；拉坏；最大压应变系数设小，推荐设置小于100，默认200，一旦拉坏，再接触时，如果最大压应变系数比较大，就会出现嵌入现象；【问题】：在模拟岩层移动问题时，要进行很多步的开挖，如何实现自动连续开挖？【解答】：在“Material type”对话框中指定第几步开始开挖之后，在菜单“insert”的“cavity tool”对话框中，设置开挖的方向、开挖的总步数，之后，用鼠标在模型上进行“一步”开挖，之后，余下的开挖步程序会自动实现。6.2.4 RFPA2D-Thermal操作问题与解

55、答【问题】：在用温度分析版计算热传导问题的时候，模型内部孔周温度如何设置？【解答】：在使用Cavity开挖孔的时候，所赋予的初始温度值就是空洞边缘的温度值。6.2.5 RFPA2D-SRM操作问题与解答【问题】：计算边坡或者隧道的安全系数，利用强度折减法，其安全系数如何计算？【解答】：在强度折减版RFPA2D-SRM中，由折减系数和失稳时当前的计算步step可求出结构初始时未折减时强度储备安全系数，安全系数fs的计算公式如下：其中，step为破坏时当前的计算步。6.2.6 RFPA2D-Centrifugal操作问题与解答【问题】：计算边坡或者隧道的安全系数，利用离心加载法，其安全系数如何计算？【解答】：在离心加载版RFPA2D-Centr