FLAC_FLAC3D基础与应用(全部)

1、GeoHohaiFLAC/FLAC3D基础与应用基础与应用陈育民陈育民 副教授副教授河海大学土木与交通学院河海大学土木与交通学院Email: 1河海大学，河海大学，20112011年年1111月月2424日日GeoHohai几个问题 什么是什么是FLAC？ 为什么要用为什么要用FLAC？ FLAC能做什么？能做什么？ FLAC为何这么流行？为何这么流行？ 怎么学怎么学FLAC？GeoHohai什么是FLAC？ Fast Lagrangian Analysis of Continua3GeoHohai为什么要用FLAC？4Abaqus：745条Plaxis：80条ADINA：310条GeoHoh

2、aiFLAC能做什么？ 岩土工程中的绝大多数问题岩土工程中的绝大多数问题 土力学、岩石力学、防灾减灾、隧道、地下空间等土力学、岩石力学、防灾减灾、隧道、地下空间等 采矿工程中的大部分问题采矿工程中的大部分问题 水工结构中的部分问题水工结构中的部分问题 结构工程结构工程国际通用的岩土工程国际通用的岩土工程专业分析程序专业分析程序5GeoHohaiFLAC为何这么流行？ Charles Fairhurst美国工程院、瑞典皇家工程院院士，国际岩石力学学科美国工程院、瑞典皇家工程院院士，国际岩石力学学科和岩石力学学会创始人之一，历任国际岩石力学学会主和岩石力学学会创始人之一，历任国际岩石力学学会主席和

3、副主席，国际岩石力学学会席和副主席，国际岩石力学学会MULLER奖、美国岩石力奖、美国岩石力学学会终生成就奖获得者。学学会终生成就奖获得者。 Peter Cundall美国工程院、英国皇家工程院院士，国际资深计算岩石美国工程院、英国皇家工程院院士，国际资深计算岩石力学学家。力学学家。6GeoHohai怎么学习FLAC？7问：好学不？答：好学！问：难不？答：难！GeoHohai报告安排 第一讲：基本介绍、静力分析、前后处理第一讲：基本介绍、静力分析、前后处理 第二讲：接触面、第二讲：接触面、FISH语言、流固耦合分析语言、流固耦合分析 第三讲：动力分析、自定义本构、结构单元第三讲：动力分析、自定

4、义本构、结构单元 第四讲：第四讲：FLAC（2D）基本介绍与应用实例）基本介绍与应用实例 讨论讨论8GeoHohai第一讲FLAC3D基本介绍、静力分析、前基本介绍、静力分析、前后处理后处理9GeoHohai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) 3D版本：版本：DOS版版2.0 2.1 3.0 3.14.0 2D版本：版本：DOS版版4.05.06.07.010GeoHohaiFLAC大应变大应变、小应变计算模

5、式、小应变计算模式.丰富的本构模型、提供自定义的本构模型功能丰富的本构模型、提供自定义的本构模型功能接触面可以模拟不同材料的接触接触面可以模拟不同材料的接触流固耦合实现土体的固结与渗流流固耦合实现土体的固结与渗流拥有各种功能的结构单元类型，拥有各种功能的结构单元类型，模拟土与结构的相互作用模拟土与结构的相互作用强大的强大的动力分析功能动力分析功能.流变分析，拥有粘弹性模型和粘塑性模型流变分析，拥有粘弹性模型和粘塑性模型热力学分析热力学分析.11Shear strainrate contoursGeoHohaiFLAC3D12- 与FLAC类似，是FLAC的三维版本- 与 FLAC拥有相同的优点

6、upstreamdownstream GeoHohai基本特点 内置材料模型内置材料模型 连续介质非线性，大应变模拟连续介质非线性，大应变模拟 显式解题方案，显式解题方案，为不稳定物理过程提供稳定解为不稳定物理过程提供稳定解 界面或滑动面用来模拟可产生滑动或分离的离散面，界面或滑动面用来模拟可产生滑动或分离的离散面，从而模拟断层，节理或摩擦边界从而模拟断层，节理或摩擦边界 内置材料模型丰富：内置材料模型丰富：n零模型零模型, n三个弹性模型三个弹性模型 (各向同性，横观各向同性和正交各向同性，横观各向同性和正交各向异性各向异性), n八个八个朔性朔性模型模型 (德鲁克德鲁克-布拉格布拉格, 摩

7、尔摩尔-库伦库伦, 应应变硬化变硬化/软化，单一节理，双线性应变硬化软化，单一节理，双线性应变硬化/软化软化单一节理单一节理, 双屈服，修正剑桥粘土，霍克双屈服，修正剑桥粘土，霍克-布朗布朗)13隧道工程GeoHohai可选模块 可选模块包括可选模块包括: n 热力学热力学,热热-力学耦合力学耦合,热热-流体流体-力学耦合包括热传导和对流力学耦合包括热传导和对流; n 粘弹粘弹,粘朔性粘朔性(蠕变蠕变)材料模型材料模型;n动力学分析动力学分析,并可以模拟静边界和并可以模拟静边界和自由域自由域 n使用使用C+定义自己的模型定义自己的模型14核废料储存中的热力学研究问题核废料储存中的热力学研究问题

8、GeoHohaiFLAC/FLAC3D基本原理基本原理 FLAC/FLAC3D利用有限差分，显示方案，动态利用有限差分，显示方案，动态松弛方法模拟连续体的非线性力学行为：松弛方法模拟连续体的非线性力学行为：n即使对准静态问题，程序仍然求解完整的动力学方程。即使对准静态问题，程序仍然求解完整的动力学方程。这种方法的好处在于可以为物理非稳定过程例如塌方提这种方法的好处在于可以为物理非稳定过程例如塌方提供稳定解；供稳定解；n在在 “松弛松弛”方法中，使用阻尼来吸收动能以模拟系统的方法中，使用阻尼来吸收动能以模拟系统的“静态静态”反应。反应。 这种方法可以用比其它方案如解矩阵法更这种方法可以用比其它方

9、案如解矩阵法更为真实有效地模拟塌方问题。为真实有效地模拟塌方问题。15GeoHohaiLagrangian法 源自流体力学中的拉格朗日法源自流体力学中的拉格朗日法 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法研究网格法研究网格节点的运动节点的运动 节点和单元随材料移动，边界和接触面与单元的节点和单元随材料移动，边界和接触面与单元的边缘一致边缘一致 固体力学大变形理论固体力学大变形理论16法国数学家、物理学家拉格朗日 GeoHohai混和离散技术混和离散技术FLAC混和离散混和离散17+/2=每个每个 为常应力为常应

10、力/应变应变:体积应变由整个四边形算出体积应变由整个四边形算出 . 应变偏量则有两个三角形应变偏量则有两个三角形 和和 分别算出分别算出(混合离散混合离散 过程过程)解题过程中网格坐标按照解题过程中网格坐标按照“拉格朗日方式更新拉格朗日方式更新” (网格随材料移动网格随材料移动), 且为且为显式显式 (一个时步内局部变化不会影响邻域一个时步内局部变化不会影响邻域)GeoHohaiFLAC3D混和离散混和离散18+/2=GeoHohaiFLAC3D混和离散19n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;n以 为基本单元(常应力、常应变);n体应变的计算： ;n偏应变的计算： .G

11、eoHohai动态松弛动态松弛法动态松弛法 在动态松弛法中，网格点根据牛顿运动定律运动在动态松弛法中，网格点根据牛顿运动定律运动. 网格点的速度与该网格点的速度与该点的不平衡力呈正比点的不平衡力呈正比. 这种求解方法所决定的一系列位移将把系统这种求解方法所决定的一系列位移将把系统带入平衡状态，或表明破坏模式带入平衡状态，或表明破坏模式. 在动态松弛法中有两个因素很重要在动态松弛法中有两个因素很重要:时步的选择时步的选择1.阻尼效应阻尼效应 20GeoHohai显式算法显式解与隐式解的比较显式解与隐式解的比较21显式显式,逐时推进逐时推进隐式隐式, 静态静态1.无需进行反复迭代来实现非线无需进行

12、反复迭代来实现非线性本构关系性本构关系 .2. 类似问题求解时间呈类似问题求解时间呈 N3/2 规规律增长律增长3. 物理非稳定性不会引起数值物理非稳定性不会引起数值不稳定性不稳定性.4. 因为无需储存矩阵，用较小因为无需储存矩阵，用较小内存即可模拟大尺度问题内存即可模拟大尺度问题.5.对大位移、大应变问题同样适对大位移、大应变问题同样适合，无需额外的计算合，无需额外的计算 .1.需进行反复迭代来实现非线性需进行反复迭代来实现非线性本构关系本构关系 2.类似问题求解时间呈类似问题求解时间呈 N2 甚至甚至 N3规律增长规律增长.3.难以模拟物理非稳定性问题难以模拟物理非稳定性问题.4.需存储刚

13、度矩阵，需克服相关需存储刚度矩阵，需克服相关的带宽问题，需要的内存较大的带宽问题，需要的内存较大 .5.对大位移、大应变问题需进行对大位移、大应变问题需进行大量的计算大量的计算 .GeoHohaiNew Features in FLAC Version 6.0 使用使用Intel Fortran compiler拥有更快的计算速度拥有更快的计算速度 自动网格重画功能，解决自动网格重画功能，解决 bad-geometry 问题问题. 新的模拟颗粒土材料的硬化模型新的模拟颗粒土材料的硬化模型 更新的通用网格生成工具更新的通用网格生成工具22GeoHohaiNew Features in FLAC3

14、D Version 3.1多处理器的并行计算功能多处理器的并行计算功能 新结构单元类型新结构单元类型 “Embedded Liner” 提供两个方提供两个方向的接触作用，可以很好地模拟挡土墙向的接触作用，可以很好地模拟挡土墙对四面体单元采用新的混合离散方法对四面体单元采用新的混合离散方法 “Nodal Mixed Discretization” 提供塑性问题更精确的解提供塑性问题更精确的解答答64位程序位程序包含命令手册、包含命令手册、FISH手册和应用实例的帮助手册和应用实例的帮助23GeoHohaiNew Features in FLAC3D Version 4.0 模拟颗粒状材料的硬化模

15、型模拟颗粒状材料的硬化模型 自动网格重画功能，解决自动网格重画功能，解决 bad-geometry 问题问题. 改进的改进的interface 更快的渗流计算更快的渗流计算 更新的动力计算功能更新的动力计算功能24GeoHohaiLagrangian格式动量平衡方程25F(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GeoHohai自由落体的模拟26G = mgS = 1/2gt2 = 20m命令流：命令流：config dyngen zon bri size 1 1 1ini x mul 0.1 y m

16、 0.1 z m 0.1model elasprop bulk 3e8 shear 1e8ini dens 1000set grav 0 0 -10solve age 2GeoHohai自由落体的模拟(movie)27GeoHohaiFLAC3D中模型术语中模型术语28节点gridpoint：节点zone：单元boundary：边界GeoHohaiFLAC3D的求解过程29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 开挖模型开挖模型null 3个弹性模型个弹性模型 各向同性弹性各向

17、同性弹性 横观各向同性弹性横观各向同性弹性 正交各向同性弹性正交各向同性弹性 8个弹塑性模型个弹塑性模型 Drucker-Prager模型、模型、Morh-Coulomb模型、应变硬化模型、应变硬化/软化模型、遍布节理模型、双线性应变硬化软化模型、遍布节理模型、双线性应变硬化/软化遍布软化遍布节理模型、修正剑桥模型和胡克布朗模型节理模型、修正剑桥模型和胡克布朗模型30GeoHohaiFLAC3D中的本构模型31GeoHohai一个最简单的例子gen zon bri size 3 3 3 ;建立网格建立网格(前处理前处理)model elas ;材料参数材料参数prop bulk 3e6 she

18、ar 1e6ini 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 2solveplo con zd ;后处理后处理切片功能切片功能32RUN FLAC3DGeoHohai分析问题的过程33建立网格建立网格初始条件初始条件边界条件边界条件初始应力平衡初始应力平衡外荷载外荷载求解求解前处

19、理前处理后处理后处理GeoHohaiFLAC3D的文件格式的文件格式n保存文件保存文件 (*.sav) 含有所有状态变量和用户定义条件的二进制文件含有所有状态变量和用户定义条件的二进制文件 n数据文件数据文件 (*.dat) 数据文件由用户创建的一种数据文件由用户创建的一种ASC格式的文件，格式的文件，它包括一系列的用于描述所分析问题的它包括一系列的用于描述所分析问题的FLAC3D命令命令 nFISH文件文件(*.fis) FISH程序文件程序文件nFLAC3D文件文件(*.flac3d) FLAC3D的网格信息文件的网格信息文件n历史记录文件历史记录文件 (*.his) 记录输入输出历史值的

20、文件记录输入输出历史值的文件 n图形文件图形文件 图形文件图形文件(各种标准格式各种标准格式)n电影文件电影文件 (*.dcx) AVI或或PCX图像文件，这些图像文件可以当作电图像文件，这些图像文件可以当作电影放映影放映34GeoHohai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分析过程中出现的很多问题都与初始应力是否合理有关关 手册中的例子五花八门手册中的例子五花八门 是所有后续分析的基础是所有后续分析的基础！ 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

21、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35GeoHohai弹性求解模型尺寸单元数量密度KGu112 (m3)112200030MPa10MPa0.3536gen 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 = -21.54e3GeoH

22、ohai更改强度参数的弹塑性求解模型尺寸单元数量密度KGcfu112 (m3)112200030MPa10MPa10kPa150.3537gen zon bri size 1 1 2model mohrprop 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

23、 z = -40e3 x = -21.54e3Or: solve elasticGeoHohai设置初始应力的弹塑性求解模型尺寸单元数量密度KGcfu112 (m3)112200030MPa10MPa10kPa150.3538gen 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

24、2ini syy -20e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2ini sxx -20e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2set grav 0 0 -10solveStep = 0 z = -40e3 x = -20e3GeoHohai存在水压力的初始应力生成(1)模型尺寸单元数量饱和密度KGcfu水位线孔隙率112(m3)112200030MPa10MPa10kPa150.351m0.539gen zone brick size 1 1 2model mohrprop bulk 3e7 shear 1e7 coh 10e3 fri 15 ten 0fix z ra

25、n z 0fix x ran x 0fix x ran x 1fix y ran y 0fix y ran y 1ini dens 2000 ran z 0 1ini dens 1500 ran z 1 2ini szz -35e3 grad 0 0 20e3 ran z 0 1ini syy -22.5e3 grad 0 0 15e3 ran z 0 1ini sxx -22.5e3 grad 0 0 15e3 ran z 0 1ini szz -30e3 grad 0 0 15e3 ran z 1 2ini syy -15e3 grad 0 0 7.5e3 ran z 1 2ini sxx

26、 -15e3 grad 0 0 7.5e3 ran z 1 2ini pp 10e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 1set grav 0 0 -10solveStep = 0 z = -35e3 x = -22.5e3 d = s ns fGeoHohai存在水压力的初始应力生成(2)模型尺寸单元数量饱和密度KGcfu水位线孔隙率112(m3)112200030MPa10MPa10kPa150.351m0.540config fluidgen zon bri size 1 1 2model elasprop bu 3e7 sh 1e7ini dens 1500model fl

27、_isoini fdens=1000 fmod 0prop por 0.5set grav 0 0 -10water dens 1500water table face 0 0 1, 0 1 1, 1 1 1, 1 0 1 ini pp 10e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 1ini szz -30e3 grad 0 0 15e3 ran z 1 2.set fluid offsolveStep = 142 z = -40e3 x = -24e3单元数较少产生的误差单元数较少产生的误差GeoHohai水下建筑的初始应力生成模型尺寸单元数量饱和密度KGcfu水位线112(m3)

28、112200030MPa10MPa10kPa150.353m41gen 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 2ini szz -50e3 grad 0 0 20e3 ran z 0 2ini syy -40e3 grad 0 0 15e3 ran z 0 2ini sxx -40e3 grad 0 0 15e3 ran

29、z 0 2ini pp 30e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 2app nstress -10e3 ran z 2set grav 0 0 -10solveStep = 0 z = -50e3 x = -40e3FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 1 Model Perspective17:30:28 Wed Nov 02 2011Center: X: 5.000e-001 Y: 5.000e-001 Z: 1.000e+000Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z

30、: 0.000Dist: 6.030e+000Mag.: 1Ang.: 22.500Contour of SXX Magfac = 0.000e+000 Gradient Calculation-4.0000e+004 to -3.7500e+004-3.7500e+004 to -3.5000e+004-3.5000e+004 to -3.2500e+004-3.2500e+004 to -3.0000e+004-3.0000e+004 to -2.7500e+004-2.7500e+004 to -2.5000e+004-2.5000e+004 to -2.2500e+004-2.2500

31、e+004 to -2.0000e+004-2.0000e+004 to -1.7500e+004-1.7500e+004 to -1.5000e+004-1.5000e+004 to -1.2500e+004-1.2500e+004 to -1.0000e+004-1.0000e+004 to -1.0000e+004 Interval = 2.5e+003GeoHohai前后处理42GeoHohai前后处理 基本前后处理基本前后处理 命令操作命令操作 菜单操作菜单操作 dd & dip attach & merge 外界模型的导入外界模型的导入 复杂模型的网格检查复杂模型的

32、网格检查43GeoHohaiFLAC3D的前后处理 命令驱动命令驱动(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44GeoHohai菜单驱动(计算模式)45命令栏GeoHohai菜单驱动(Plot)46GeoHohaiFLAC3D的前处理的前处理47FLAC3D网格生成的关键特征：网格生成的关键特征

33、：FLAC3D 是命令驱动.使用FLAC3D内置基元进行形状组合可形成复杂网格.用户自定义FISH 函数可以用来修改基元网格以创建更为复杂的网格.第三方软件导入.GeoHohaiFLAC3D网格基元48块体块体退化块体退化块体楔体楔体金字塔金字塔四面体四面体柱体柱体径向块体径向块体径向隧道径向隧道径向柱体径向柱体柱状壳体柱状壳体柱状交叉柱状交叉隧道交叉隧道交叉GeoHohai49GeoHohai50块体块体径向柱体径向柱体柱状交叉柱状交叉GeoHohaiTecplot的后处理51GeoHohai52GeoHohaiTecplot后处理53GeoHohai54GeoHohai55GeoHohai

34、56GeoHohaiTecplot的云图和等值线57TecplotTecplot中云图的效果与中云图的效果与flac3dflac3d的的shade onshade on的效果差的效果差不多不多, ,但是其出三维等值线的功能是卓越的但是其出三维等值线的功能是卓越的. .GeoHohai58GeoHohaiTecplot的切片功能59TecplotTecplot的的sliceslice切片切片功能功能. .和和CADCAD一样一样, ,可以任意可以任意切剖面出切剖面出图图. .最大优最大优点是可以点是可以几个剖面几个剖面同时出图同时出图. .GeoHohai60整体和截面的整体和截面的数据以单元形

35、数据以单元形式存在列表中式存在列表中, ,可自由选择和可自由选择和组合多个单元组合多个单元出图出图. .GeoHohaidd 和 dip Simwe.Com上有近百的讨论贴上有近百的讨论贴 地质上的概念，倾向和倾角地质上的概念，倾向和倾角 建议用建议用ori和和norm代替代替 后处理的切片功能后处理的切片功能 plo set plane ori (*,*,*) norm (*,*,*) plo con zdis plane 概念清晰，使用快捷概念清晰，使用快捷 其他应用其他应用 reflect网格网格 建立水面建立水面61xyzorinormGeoHohaiattach 和 merge at

36、tach 用于连接次节点用于连接次节点 (sub-grid) 允许网格存在一定随意性允许网格存在一定随意性 要求成比例要求成比例(1:2, 1:3等等) 可用于模型的检查可用于模型的检查 慎用慎用 merge 用于节点的合并用于节点的合并 外来模型导入的精度差异外来模型导入的精度差异 tolerance的设置的设置62sub-grid 4:25:2tol121mergGeoHohai外界模型的导入 复杂网格的生成难度大复杂网格的生成难度大 接口编写接口编写 不同软件之间的精度差异不同软件之间的精度差异 Group的定义的定义 采用采用.flac3d的文件格式的文件格式 .flac3d文件的格式

37、文件的格式 G 1 1.0e+00 1.0e+00 1.0e+00 Z B8 1 2 3 4 5 6 7 8 ZGROUP Soil1 2 3 impgrid & expgrid 仅限于仅限于网格网格633w zones 3secGeoHohai复杂网格的检查 FLAC3D生成的复杂网格生成的复杂网格 attach face 无接触面时检查整体模型是否存在无接触面时检查整体模型是否存在sub-grid 有接触面时给定范围进行检查有接触面时给定范围进行检查 其他软件导入的复杂模型其他软件导入的复杂模型 网格划分的检查网格划分的检查 gen merge 弹性模型弹性模型model elas

38、tic求解求解 “独立独立”节点节点 “畸形畸形”单元单元64GeoHohai模型的检查 FLAC本身的本身的Check功能十分有限功能十分有限 错误提示很少错误提示很少 十分开放的工作平台十分开放的工作平台 (自由落体自由落体) 检查的基本步骤检查的基本步骤 网格检查网格检查(如前所述如前所述) 边界条件检查边界条件检查 速度约束条件速度约束条件 plo gpfix red sk 荷载条件荷载条件 plo fap red sk 模型检查模型检查 模型赋值模型赋值plo block model 参数赋值参数赋值plo block prop * 初始应力检查初始应力检查(如后所述如后所述)65G

39、eoHohai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 szz (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66GeoHohai第二讲FLAC3D接触面、接触面、FISH语言、流语言、流

40、固耦合分析固耦合分析GeoHohai接触面（interface）GeoHohai接触面单元 应用范围应用范围 原理原理 建模方法建模方法 推荐方法推荐方法 复杂内部接触面的设置方法复杂内部接触面的设置方法 参数选择参数选择 单桩承载力分析单桩承载力分析 挡土墙的接触面设置挡土墙的接触面设置 思路：未知问题的分析方法思路：未知问题的分析方法GeoHohai接触面单元的用途 网格不连续网格不连续 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”GeoHo

41、hai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, NO attach!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, imp

42、grid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 适于适于内部接触面内部接触面的建立，或的建立，或 其他前处理其他前处理工具建立的网格工具建立的网格GeoHohai接触单元模型的建立 (3) GEN separate INTERFACE wrap 指定正确的指定正确的groupGeoHohai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*max(K+4/3G)/D Dzmin 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

43、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(岩石岩石) 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：通过断层中岩石的变形与原岩的变形GeoHohai单桩承载力分析 软土地基软土地基 bulk 1.6878E6 shear 3.6167E5 coh 15E3 fric 12 dens 1.73E3 桩体桩体 bulk 5e9 shear 3.75e9 dens 2.5e30.5m 8m 10m 20m GeoHohai计算过程施加桩顶荷载施加桩顶荷载计算结果计

44、算结果GeoHohai影响因素7.50E+03fricgk3coh/0.70.7fric10g10k23.00E+0420100e100e1cohfrickskn水平因素GeoHohai计算工况设计1233(9)3123(8)2313(7)2132(6)1322(5)3212(4)3331(3)2221(2)1111(1)cohfrickskn 水平因素工况GeoHohai计算结果Ks取取1 Ks取取2 Ks取取3 96.9%1233(9)22.4%3123(8)54.1%2313(7)96.9%2132(6)7.1%1322(5)37.8%3212(4)96.9%3331(3)42.9%22

45、21(2)37.8%1111(1)Ra差异差异度度cohfrickskn水平因素水平因素GeoHohai最优方案2222111122101122最优方最优方案案17.3%6.8%72.8%11.9%极差极差52.4%52.7%96.9%57.8%k364.6%59.2%24.1%47.3%k247.3%52.4%43.2%59.2%k1cohfrickskn水平因水平因素素GeoHohai合理步骤单桩分析单桩分析简单网格简单网格接触面参数接触面参数多次试算多次试算理论、实测理论、实测加密网格加密网格接触参数接触参数理想结果理想结果群桩分析群桩分析Pile结构单元结构单元单元参数单元参数理想结果

46、理想结果Pile结构单元结构单元单元参数单元参数理想结果理想结果GeoHohai挡土墙的接触面设置 对于未知问题的分析思路对于未知问题的分析思路 3个独立的接触面个独立的接触面 3个同个同ID的接触面的接触面 2个独立的接触面个独立的接触面 2个独立的接触面并进行底部个独立的接触面并进行底部merge挡墙挡墙 土体土体 123WallSoilGeoHohai挡土墙的接触面设置(2)Z = 5.16cmZ = 1.14cmZ = 不能初始平衡不能初始平衡 Z = 0.35cm？GeoHohai挡土墙的接触面设置(3)X = 1.95cmX = 1.91cmX = 1.47cm？GeoHohai挡

47、土墙的接触面设置(3) 前两种方法的差别实前两种方法的差别实质质 3个个ID的独立接触面在的独立接触面在相同位置产生互不影相同位置产生互不影响的两个节点响的两个节点 共同共同ID的接触面在相的接触面在相同位置自动设置为同位置自动设置为1个个节点节点 最终的结论需要您自最终的结论需要您自己去判断！己去判断！3 interfaces, 2 IDs 1 interface, 1 ID GeoHohaiFISH语言GeoHohaiFISH语言简介 软件自带的编程语言软件自带的编程语言 是否一定要学？是否一定要学？ 视情况而定，需要时查询视情况而定，需要时查询FISH变量即可变量即可 语法简单语法简单x

48、xxend_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GeoHohai一个最简单的FISH程序def abc abc = 1 + 2 * 3 abcd = 1.0 / 2.0endabcprint fish数据格式GeoHohai函数与变量 都可以在都可以在FISH函数中进行赋值，赋值操作与常规的编程函数中进行赋值，赋值操作与常规的编程语言类似，按照运算符的优先级先后顺序来执行。语言类似，按照运算符的优先级先

49、后顺序来执行。 函数和变量的赋值遵守数据类型的规则，即整型的计算结函数和变量的赋值遵守数据类型的规则，即整型的计算结果为整型，浮点型的计算结果为浮点型，因此读者在进行果为整型，浮点型的计算结果为浮点型，因此读者在进行除法运算、开方运算时都需要将数据类型设置为浮点型，除法运算、开方运算时都需要将数据类型设置为浮点型，数字尽量使用小数点以保证运算正确。数字尽量使用小数点以保证运算正确。 变量和函数名的命名规则是不能以数字开头，不能含有中变量和函数名的命名规则是不能以数字开头，不能含有中文，并且不能包含如下的字符。文，并且不能包含如下的字符。. , * / + - = # ( ) ; 变量和函数名不

50、能与变量和函数名不能与FLAC3D、FISH的保留字相冲突，的保留字相冲突，不要采用过于简单的单词，比如不要采用过于简单的单词，比如a，hist等，这些都与保留等，这些都与保留字相冲突。字相冲突。 即使程序中存在与保留字相冲突的变量，即使程序中存在与保留字相冲突的变量，FLAC3D也不会也不会提供任何提示，所以提醒读者在编制提供任何提示，所以提醒读者在编制FISH程序时程序时尽量使尽量使用较长的、复杂的变量和函数名用较长的、复杂的变量和函数名。GeoHohai函数与变量对变量进行赋值时，不能使用当前函数的函数名放在对变量进行赋值时，不能使用当前函数的函数名放在“=”的右边，比如采用下面的定义的

51、右边，比如采用下面的定义abcd = abc + 1.0在在FISH程序执行时会提出错误，因为这样会形成递归调程序执行时会提出错误，因为这样会形成递归调用，这种调用方式在用，这种调用方式在FISH程序中是不允许的。程序中是不允许的。变量和函数的作用是变量和函数的作用是全局全局的，在命令中的任何地方修改的，在命令中的任何地方修改变量的值都会立即生效，因此在实际应用中尽量避免不变量的值都会立即生效，因此在实际应用中尽量避免不同的函数中含有相同的变量，因为这样可能会造成赋值同的函数中含有相同的变量，因为这样可能会造成赋值错误，并难以检查。错误，并难以检查。在在FLAC3D中可以用如下的命令来引用中可

52、以用如下的命令来引用FISH函数和变量函数和变量PRINT用于查看函数和变量的数值；用于查看函数和变量的数值；HISTORY命令可以对函数和变量的数值进行记录；命令可以对函数和变量的数值进行记录；SET命令用于变量的赋值。命令用于变量的赋值。GeoHohai主要语句 选择语句选择语句CASEOF 表达式表达式默认语句默认语句CASE n1表达式的值为表达式的值为n1时的语句时的语句CASE n2表达式的值为表达式的值为n2时的语句时的语句ENDCASEGeoHohai主要语句 条件语句条件语句IF 条件表达式条件表达式 THENELSEENDIFFISH中条件运算符没有“并”、“或”、“否”这

53、样的符号 if aa 1.0 if aa 2.0 执行语句 endifendif表达“1aa maxdisp_value maxdisp_value = disp_gp maxdisp_gpid = gp_id(p_gp) endif p_gp = gp_next(p_gp) endloop endfind_max_dispprint maxdisp_value maxdisp_gpidGeoHohaiFISH的编写习惯第一步第二步def abcendabcdef abc p_gp = gp_head loop while p_gp # null p_gp = gp_next(p_gp) en

54、dloopendabc第三步第四步def abc p_gp = gp_head loop while p_gp # null command endcommand p_gp = gp_next(p_gp) endloopendabcdef abc p_gp = gp_head loop while p_gp # null command app nstress endcommand p_gp = gp_next(p_gp) endloopendabcGeoHohaiFISH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 GeoHohai

55、FISH检查 主要采用主要采用PRINT fish命令命令 查看变量的赋值是否合理，主要检查值为查看变量的赋值是否合理，主要检查值为0的函数的函数和变量，因为和变量，因为FISH程序中一般定义的变量都有实程序中一般定义的变量都有实际的意义，输出为际的意义，输出为0的变量很可能是与保留字相冲的变量很可能是与保留字相冲突的变量突的变量 （如（如a就是就是apply的保留字）的保留字） 或者由于编写笔误产生的变量或者由于编写笔误产生的变量 （如数字（如数字0与大写字母与大写字母O）。）。 GeoHohai流固耦合分析很难！GeoHohai流-固耦合分析(单相流) 基本功能基本功能 理论框架理论框架

56、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颗粒(骨架骨架)的的压缩程度，用压缩程度，用

57、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理论框架 准静态准静态Biot理论理论 多孔介质中遵循多孔介质中遵循Darcy定律的单相渗流定律的单相渗流 描述多孔介质中流体渗流的变量描述多孔介质中流体渗流的变量 孔隙水压力，饱和度，特定排水向量的三个分量孔隙水压力，饱和度，特定排水向量的三个分量 质量守恒定律质量守恒定律 达西定律达西定律 本构定律本构定律 考虑流体响应孔隙水压力改变，饱和度改变，体积应考虑流体响应孔隙水压力改变，饱和度改变，体积应变改变和温度改变变改变和温度改变 GeoHo

58、hai有效应力计算 无渗流模式无渗流模式 不设置不设置CONFIG Fluid 孔压不改变孔压不改变 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F 渗流模式 设置CONFIG fluid 设置土体干密度 渗流模型 MODEL fl_isotropic MODEL fl_anisotropic MODEL fl_null SET fluid off set WATER bulk = 0GeoHohai渗流边界条件，初始条件 默认的边界条件是不透水边界

59、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孔隙压力，孔隙率，饱和度和流体属性的初始分布可以用布可以用INITIAL命令或者命令或者PROPERTY命令定义命令定义。 GeoHohai单渗流计算及渗流耦合计算 时间比例时间比例 完全耦合分析方法完全耦合分析方法 孔压固定分析孔压固定分析(有效应力分析有效应力分析) 单渗流得到孔压分布单渗流得到孔压分布 无渗流计算无渗流计算孔压的力学响应孔压的力学响应 流流-固耦合计算固耦合计算 GeoHohai单渗流得到

60、孔压分布 用途：排水沟；抽水井；耦合计算用途：排水沟；抽水井；耦合计算 计算步骤计算步骤 CONFIG fluid SET mech off SET fluid implicit on/off MODEL fl_; PROP STEP; SOLVE age; SET fluid ratio SET fluid off mech on PROP biot_c 0 (or INI fmod 0)GeoHohai无渗流计算孔压的力学响应 不排水短期响应不排水短期响应 两种分析方法：干法和湿法两种分析方法：干法和湿法 干法：干法：Ku=K+a2M 两种破坏形式两种破坏形式 WATER或INI获得常孔压，不排水的c, (孔压