FLAC3D岩土软件-本构模型ppt课件

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土木工程数值模拟(FLAC3D)课件第8章

P
3
3
a L
Pa +
P
3 a +
X
P 剪力图
弯矩图
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
6
第八章结构单元
该例子用到下列参数：横截面积A=0.006m3 杨氏模量E=200GPa 泊松比=0.30 y轴惯性矩Iy=20010-6m4 z轴惯性矩Iz=20010-6m4 极惯性矩J=0.0 点载荷P=10000N
土工格栅(或衬砌)中层切向平面
构件的平均法线方向作为z轴
；x和y轴在切向平面内任意
定位
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
z 索(或桩)横截面
y 索(或桩)构件 z
y x
土工格栅(或衬砌)构件
3
第八章1 x1
w1
u1
y 1 1 y1
z2
x2 x
w2
2
u2
2 y2
2 U2
Z u1
Y 1
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
8
第八章结构单元
锚索中轴向力分布
水泥浆中应力分布
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
9
第八章结构单元
桩
桩构件的刚度矩阵与梁构件的刚度矩阵是相同的。除了提供梁的构造特性外，桩还提供了与网格的法线方向和剪切方向所发生的交互摩擦作用。在这点上，桩实际上是组合了梁和锚索的作用。
梁结构坐标系统及12个自由度
默认下，每个梁构件具有各向同性、无屈服的线性弹性材料，然而，人们可以指定塑性力矩，或者在构件之间引进塑性铰链。
2020/7/10

FLAC3D基本原理和应用特点第三讲FLAC3D动力分析、自定义本构以及结构单元

4
4
动力模拟的3个重要问题
1. 动力荷载与边界条件 2. 材料响应与阻尼 3. 土体液化
5
5
动力荷载
动力输入的类型加速度时程速度时程应力(压力)时程力时程
APPLY INTERIOR (内部) TABLE FISH
6
6
Quiet边界静态(quiet,粘性)边界
Lysmer and Kuhlemeyer(1969) 模型边界法向和切向设置独立的阻尼器性能对于法向p波和s波能很好的吸收对于倾斜入射的波和Rayleigh波也有所吸收，但存在反射人工边界仍应当足够远
quiet
quiet 8
quiet
8
Free-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，自由场网格的不平衡力施加到主体网格边界上
设置条件
底部水平，重力方向为z向侧面垂直，法向分别为x, y向其他边界条件在APPLY ff之前
n Cpr vn
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
Shear Strain Amplitude (%)
Mid-Range Sand Curve (Seed & Idriss, 1970)
50
Sand Fill Inland:
Friction =32, hr=0.47, Go=440
40
Sand Fill under Rock Dike:
FLAC / FLAC3D基本原理和应用特点
FLAC3D动力分析、自定义本构以及结构单元
非常复杂！
Said by Prof. Peter Cundall

FLAC,FLAC3D基础与应用ppt课件

;材料参数
prop bulk 3e6 shear 1e6
ini dens 2000
;初始条件
fix z ran z -.1 .1
37
New Features in FLAC3D Version 3.1
1. 多处理器的并行计算功能 2. 新结构单元类型 “Embedded Liner” 提供两个方向的
接触作用，可以很好地模拟挡土墙 3. 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答 4. 64位程序 5. 包含命令手册、FISH手册和应用实例的帮助
•Charles Fairhurst
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席和副主席，国际岩石力学学会Muller奖、美国岩石力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，国际资深计算岩石力学学家。
关于教材
3
关于课程
• 2005-11-29 河海土木院研究生会组织 • 2006-10-13 同济大学土木工程学院 • 2006-10-26 河海大学金水节 • 2007-04-15 东南大学交通学院 • 2007-07-18 同济大学土木工程学院 • 2007-11-03 河海大学岩土所组织FLAC学术沙龙 • 2007-11-29 河南工业大学 • 2008-11-15 河海大学河海金水节培训 • 2010-11-10 河海大学校庆报告 • 2011-06-18 河海大学举办ITASCA技术与应用专题（南京）研讨会 • 2011-10-16 河南理工大学 • 2011-11-03 南京工业大学交通学院 • 2011-11-24 河海大学土木与交通学院研究生会 • 2011-06-18_ITASCA技术与应用专题（南京）研讨会

土木工程数值模拟(FLAC3D)课件第1章

对于对称的模型也可以采用镜像命令：
gen zone reflect norm -1 0 0 origin 0,0,0
网格单元间的连接
采用FLAC3D进行计算，所建立的模型需是一个连续的整体，否则计算结果将出现较大的误差甚至无法进行计算。对于在建立模型时，各关键点的坐标是准确无误输入且各公共面的网格数和大小均完全一致的模型，无需进行任何操作，模型即自动完成相互间的连接。
对所有单元
应力—应变关系 (本构模型)
2020/7/10
节点力单元积分新的应力
10
简单实例
gen zone brick size 6 8 8 model mohr prop bulk 1e8 shear 0.3e8 prop fric 35 coh 1e3 tens 1e3 set grav 0,0,-9.81 ini dens 2000 fix x range x -0.1 0.1 fix x range x 5.9 6.1 fix y range y -0.1 0.1 fix y range y 7.9 8.1 fix z range z -0.1 0.1 hist unbal hist gp zdisp 4,4,8 solve save t1.sav rest t1.sav model null range x 2,4 y 2,6 z 5,10 set large initial xdis 0.0 ydis 0.0 zdis 0.0 step 1000 save t2.sav
这是通过radtun和 radcyl来组合生成所需要的模型。它们两者的生成关键点的描述存在较大的区别。
对于这两种基本的网格，其公共面上的关键点的对应关系更需校核好，否则将出现杂乱错误的网格。

土木工程数值模拟(FLAC3D)课件第2-7章

土木工程数值模拟（FLAC3D）
第二章网格划分
第二章网格划分
Generate <关键字> zone 产生三维空间的单元体 surface 产生三维空间的面 point 在三维空间定义参考点以帮助单元体和面的生成 merge 使Gen zone产生的相邻网格合并连接在一起
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
主要语句
条件语句 IF 条件表达式 [THEN] … [ELSE] … ENDIF
FISH中条件运算符没有“并”、“或”、“否”这样的符号
表达“1<aa<2”的条件
if aa > 1.0 if aa < 2.0
执行语句
endif endif
主要语句
循环语句 LOOP var (exp1, exp2)
内部矩形巷道贴满单元体单元格数6、12、8，体外环绕放射状网格单元7
上机内容：直墙半圆拱
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
10
第二章网格划分
建立任何网格都要从两个方面考虑：一是重要区域精确解所需要的单元体密度；二是网格边界定位对结果的影响。应力、应变变化大的区域往往单元体密度大。
内部矩形巷道边长分别是3m 6m 4m, 单元格数size也是3、6、4
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
9
第二章网格划分
利用参数fill来生成需填充的网格
gen zone radbrick p0=(24,-20,0) & p1=(34,-20,0) & p2=(24,-10,0) & p3=(24,-20,10) & dimension 3 6 4 & size 6 12 8 7 & fill group inner

FLAC3D数值模拟基础(PPT讲座)

7
1、FLAC3D软件简介

history nstep=5 hist unb history gp zdisplacement 4 4 8 ;监控变量（history） set mechanical force 50 ;最大不平衡力，小于50计算终止 solve plot history 1 具体演示 plot add hist 2 print hist
3
1、FLAC3D软件简介

应用的领域：
边坡稳定性评价支护设计及评价地下洞室施工设计拱坝稳定分析隧道工程矿山工程

举例示范
4
1、FLAC3D软件简介

建立FLAC3D计算模型，要进行三个方面的工作：有限差分网格生成材料参数设置边界条件与初始条件设置加载
5
1、FLAC3D软件简介

简单例子
任意一土体开挖一2m × 4m×3m的沟渠，进行应力应变场分析。基本操作步骤建立模型，划分网格定义材料模型、参数加载及边界条件监控变量、求解

6
1、FLAC3D软件简介

基本命令流 new plot surf gene zone brick size 6 8 8 p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0 10 ;创建模型划分网格 model mohr ;定义材料模型（摩尔库伦模型） property bulk 1e8 shear 0.3e8 friction 35 prop cohesion 1e10 tension 1e10 ;材料参数（体积模量，切变模量，内摩擦角，粘聚力，抗拉强度） set gravity 0,0,-9.81 ini density=1000 ;加载（重力作用，网格质量密度） fix x range x -0.1 .1 fix x range x 9.9 10.1 fix y range y -.1 .1 fix y range y 9.9 10.1 fix z range z 0 ;边界条件（fix 保持网格节点指定参数不变，range范围）

FLAC3D岩土软件本构模型

德鲁克-布拉格; 摩尔-库伦; 单一节理; 应变硬化-软化; 双屈服; 修正剑桥粘土; 霍克-布朗
1. 所有模型都由屈服函数，硬化/软化函数，和流动准则描述; 2. 塑性流动基于塑性理论，即总应变可以分解为弹性分量和塑性分量，只
有弹性应变分量根据弹性定律引起应力增加。而且，弹性和塑性分量与主应力同轴; 3. 德鲁克-布拉格，摩尔-库伦，单一节理, 应变硬化-软化模型使用剪切屈服函数和非相关联流动法则; 4. 德鲁克-布拉格，摩尔-库伦，单一节理, 应变硬化-软化模型另外还定义了拉伸强度准则及其相关流动法则; 5. 所有模型都使用有效应力描述; 6. 双屈服和修正剑桥粘土考虑了体积改变对材料可变形性和体积变形的影响; 7. 霍克-布朗包含非线性破坏面，随围压改变的塑性流动法则.
描述均质岩体的强度极限. 该模型的塑性流动法则是围压
的函数.
CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY
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第五章本构模型
一般性考虑 — 选择本构模型及参数
本构模型类型零模型
各向同性弹性模型
横观各向同性弹性模型德鲁克-普拉格塑性模型
摩尔-库仑塑性模型节理化塑性模型应变硬化/软化摩尔-库仑模型双线性应变强化/软化节理化塑性模型双屈服塑性模型修正的剑桥粘土模型霍克-布朗模型
代表性的材料类型挖空区
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FLAC3D岩土软件-本构模型

数字测试条件可能影响剪切硬化和软化的特性。因此，单元体人小和网格形状对模型的计算是很重要的，例题8-1单轴压缩实验剪切软化材料的应用，在包含细密单元体的样件的顶部和底部慢速施加压力，软化反应如图8一2应变一位移曲线所示，剪切波及区域分别如图8-3和图8一4所示，塑性区是一个放射螺旋结构的漏斗形状。
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德鲁克-布拉格带有非相关流动法则的弹性/塑性模型:剪切屈服应力是平均应力的函数
t A
kf
B
ft=0
C
s
st
kf /qf
德鲁克-布拉格破坏准则
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弹性本构模型
零模型 — 所有的应力均为零: 模拟挖空区弹性模型 — 各向同性，线性各项异性 — 弹性，假定单元为横观各项异性
g
b
y b
f
x
-b 面为对称面. , b 轴与 x, y轴呈任意角度
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塑性本构模型
德鲁克-布拉格; 摩尔-库伦; 单一节理; 应变硬化-软化; 双屈服; 修正剑桥粘土; 霍克-布朗
通用的岩土力学模型(如边坡稳定问题和地下开挖)
具有强度各向异性的粒状散体材料
具有非线性强化和软化行为的薄板层状材料
紧密沉积层开挖用于研究薄板层状材料破坏后力学行为
压应力可以引起不可恢复的体积缩小的低粘结性的粒状散体材料
可塑性和剪切强度是体积变化的函数的材料各向同性岩石材料
第五章本构模型
一般性考虑 — 选择本构模型及参数

FLAC3D岩土软件本构模型

法能够充分考虑岩土体的非线性特性，但需要大量的现场监测数据。
参数校验方法
对比分析法
将室内试验得到的参数与工程经验或相关规范进行对比分析，以验证参数的合理性。
数值模拟法
采用FLAC3D等数值模拟软件，建立岩土体模型，输入室内试验得到的参数进行模拟计算，将模拟结果与现场监测数据进行对比分析，以验证参数的准确性。
蠕变模型
经验蠕变模型
基于实验数据拟合得到的蠕变方程，描述岩土材料在长时间持续荷载作用下的变形行为。
粘弹塑性蠕变模型
结合粘弹性、粘塑性和弹塑性理论，全面考虑岩土材料的时间效应和变形特性，适用于复杂应力路径和长时间尺度的分析。
04
本构模型的参数确定与校验
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
05
FLAC3D岩土软件本构模型的应用
岩土工程领域的应用
1 2
边坡稳定性分析
FLAC3D可以模拟边坡的渐进破坏过程，分析边坡的稳定性，为边坡治理提供科学依据。
基坑支护设计
FLAC3D可以模拟基坑开挖过程中的应力场、位移场和渗流场，为基坑支护设计提供技术支持。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
FLAC3D岩土软件本构模型
汇报人：XX
• 引言 • 本构模型概述 • FLAC3D岩土软件中的本构模型 • 本构模型的参数确定与校验 • FLAC3D岩土软件本构模型的应用 • 结论与展望
目录
CONTENTS
01
引言
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW

Flac3D教学

本构模型选择
02
阐述Flac3D提供的多种本构模型，如弹性模型、弹塑性模型、
粘弹性模型等，并给出选择本构模型的一般原则和建议。
材料参数确定
03
探讨如何通过实验或经验确定材料参数，以及如何在Flac3D中
进行参数输入和调整。
10
03 建模与计算过程详解
2024/1/24
11
建立初始模型及参数设置
创建模型
B
C
对比实验数据与模拟结果
将实验数据与Flac3D模拟结果进行对比分析，以验证模型的准确性和可靠性。
对比不同时间步的结果
对比同一模型在不同时间步的结果，以观察模型的动态演化过程。
D
2024/1/24
18
05 工程案例实践与讨论
2024/1/24
19
岩土工程案例介绍
2024/1/24
案例一
深基坑开挖与支护
在Flac3D中，首先需定义模型的空间维度、尺寸及网格划分。
材料属性赋值
为模型各部分赋予相应的材料属性，如弹性模量、泊松比、密度等。
初始条件设置
设定模型的初始应力、位移等条件。
2024/1/24
12
施加荷载与边界条件调整
01
02
03
荷载施加
根据实际问题，在模型上施加相应的力、压力或位移荷载。
通过实例分析，学习如何利用Flac3D解决岩土工程中的实际问题，如边坡稳定性分析、基坑开挖模拟等。
5
学习方法与建议
1 2
理论学习与实践操作相结合
在学习过程中，既要注重理论知识的学习，也要加强实践操作的训练，通过不断练习加深对软件功能的理解和掌握。
多参考官方文档和教程

flacd结构单元教程ppt文档

• 土工格栅(geogrid)
通过连接实现岩土体或结构与其它结构发生
• 衬砌单元(liner)
相互作用。
➢ 注意：结构节点并不是简单地与实体网格的
节点(gridpoint)建立联系，也不能建立node
与gridpoint之间的link
2、结构单元的建模方法
➢ 梁单元
sel beam id 1 beg 4 0 -1 end 5 0 -2 nseg 4
sel beam id=1 begin=( 6, 0, 0) end=( 9, 0, 0) nseg=3
; ======================================================
; Assign beam properties
sel beam id=1 prop emod=2e11 nu=0.30 &
2、结构单元的建模方法—线型结构单元
先建立节点再联接成单元的方法；
2、结构单元的建模方法—壳型结构单元
➢ 壳单元
2、结构单元的建模方法—壳型结构单元
def set_vals global ptA = 25.0 * sin( 40.0*degrad ) ; global ptB = 25.0 * cos( 40.0*degrad ) end @set_vals generate zone cylinder p0=( 0.0, 0.0, 0.0 ) &
; Print out beam responses.
list sel beam force
list sel beam moment
list sel node disp range id=7
return

土木工程数值模拟(FLAC3D)课件第9-10章

model mohr ;材料模型为摩尔-库仑模型
prop dens 2000 bul 2.e8 shea 1.e8 cohesion 0.0 ;材料的性质：密度为 2000，体积模量为，剪切模量为， ;粘聚力为0
prop friction 30. dilation 0. tension 0 ;内摩擦角为，剪胀角为0，抗拉强度为0
土木工程数值模拟（FLAC）
7
第九章简单实例分析
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
8
第九章简单实例分析
new
;新建
def setup
;定义函数setup
numy = 8
;定义常量numy为8
depth = 10.0
;depth为10
end
;结束对函数的定义
setup
;运行函数setup
plot create view_int ;显示，并创建标题view_int plot add surface ;显示表面 plot add interface red ;显示交互面为红色 plot show ;打开图形 save int.sav ; 形成sav文件，并保存为int.sav
2020/7/10
group Base ;建立另外一个块体网格，其大小为，其尺寸及位置是p0 、p1、 p2、p3、 ;p4、p5、p6和p7等楔型体的8个角点坐标来决定，并把这个区域归为一个群， ;名为Base（即下面的底座）。 ; Create Top - 1 unit high for initial spacing gen zone brick size 3 3 3 &
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）

[最新]岩土工程的数值方法-FLAC3D的应用介绍ppt版(共15页)

3.模型边界条件和初始条件在模型的南北边界上应用y方向上的固定位移条件，在东西边界上应
用x方向上的固定位移边界，在基底上应用固定边界。地质资料没有提供初始的构造应力条件，因而，假定模型的初始应
力是由岩体自重引起的，可以分为有垂向和水平向初始应力
六、一些成果图像
FLAC3D 2.00
Step 19143 Model Perspective 10:38:41 Wed Nov 12 2003
X: 2.052e+002 X: 40.000
Y: 1.927e+002 Y: 0.000
Z:5.934e+002 Z:220.000
Dist:1.145e+003 Mag.: 0.8
Ang.: 22.500
Contour of SMax
Gradient Calculation -1.3757e+006 to -5.0000e+005 -5.0000e+005 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 5.0000e+005 5.0000e+005 to 1.0000e+006 1.0000e+006 to 1.5000e+006 1.5000e+006 to 2.0000e+006 2.0000e+006 to 2.5000e+006 2.5000e+006 to 3.0000e+006 3.0000e+006 to 3.5000e+006 3.5000e+006 to 3.5463e+006
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。

FLAC3D数值模拟基础.ppt

FLAC3D的求解过程
速度
对所有的网格节点
平衡方程 (动量方程)
Gauss定律应变率
对所有单元
应力—应变关系 (本构模型)
节点力单元积分新的应力
FLAC3D中的本构模型
开挖模型null 3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、MorhCoulomb模型、应变硬化/软化模型、遍布节理模型、双线性应变硬化/软化遍布节理模型、修正剑桥模型和胡克布朗模型）
模型）即规定了FLAC3D模型中某一区域的变形或强度效应，
可用大量基本模型去近视地质材料，可以单独定义FLAC3D
模型中的基本模型和材料模型。
空单元（Null Zone）……空单元表示此区域为空（就
象没有材料一样）。次级网格（SUB-GRID）……有限差分网格可由次级网
滚动底端边界
格组成，它可用来在模型中创建不同形状的区域，次级网格
格网点
估计出，。各种形状的多面体（立方体、楔形、锥体、四面体格网区域
等）可用来构造模型并可用plot显示出来。每一个多面体可能
有一套或两套表层设置，这由5个四面体组成。默认的情况下，水平
两个表层设置用在对计算精度要求高的情况下，区域的另外一
边界压力
种叫法是要素。
栅格点（GridPoint）……栅格点是有限差分单元的角点。
滚动底端边界
型中每个状态的存储位置，FLAC3D所生成的矢量都保存在节
点上（如：受力、速度、位移）。标量和张量保存在单元的中
心（如应力、材料属性）。
内部开挖边界
结构线模型边界
水平边界压力

FLAC-FLAC3D基础与应用结构单元PPT课件

config dyn sel pile id=1 beg 0 0 0 end 0 0 1 sel 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=1 sel set damp combined def f1 whilestepping f0=10000*sin(10*dytime) np = nd_head loop while np # null if nd_pos(np,1,3)=1 nd_apply(np,1)=f0 endif np = nd_next(np) endloop end solve age 1
● 半圆隧道直径3.25m ● 上覆土层厚度5m ● 计算范围3r ht ● 土体弹性计算
r
○ (K=30MPa, G=10MPa)
● 参数化编程
○ 几何尺寸 hb ○ 模型参数
○ 网格形状
B
13
计算步骤
模型网格计算结果
初始应力生成施加管片
14
管片的连接
● 冷连接
○ 弯矩和剪力不能直接在环与环间传递，只能通过其相邻的介质传递
模复杂 4. 如果不考虑结构小尺寸的细节响应（比如结构界面上
的应力分布），则可以使用SEL来模拟结构
5
SEL Links
• SEL nodes 通过link与其他 node或zone进行联系
• 两种类型的连接： node-zone node-node

一个FLAC的PPT__本构模型

其中:
d d 偏应力张量和偏应变张量的本构关式中：
总应力：
球应力张量关系
iso
和球应变张量 kk 的本构
Model visc（H-N）
三. 源程序分解
const char *UserViscousModel::Initialize(unsigned,State *) { G 求解系数：dGD2V= ； dG2 = 2.0 * dShear; 2 if (dViscosity <= 0.0) dGD2V = 0.0; 1. 如果粘滞系数 <=0， dGD2V=0； else dGD2V = 0.5 * dShear / dViscosity; 2. 否则dGD2V为真值。 return(0); } const char *UserViscousModel::Run(unsigned uDim,State *ps) { if ((uDim!=3)&&(uDim!=2)) return("Illegal dimension in UserViscousModel"); double dD = dGD2V * (ps->bCreep ? ps->dTimeStep : 0.0); if (dD > 0.5) return("Timestep too large for UserViscousModel"); 求解系数：dD= 1. 如果蠕变指标为真，则返回真值； 2. 否则dD=0。

常用模型信息传递指针变量
返回目录模型源程序分解来自返回目录静力本构
(Mohr-Coulomb)
MC本构
① ②
①－剪切屈服 ②－拉伸屈服
1. 屈服函数

FLACD基础知识PPT课件

gr_k 2e7 • sel cable pretension 15e4
第38页/共51页
9、数据记录
• hist gp xdisp -0.1 30 1.55 • hist gp xdisp 4.62 30 1.55 • hist gp zdisp 2.26 15 3.2 • hist gp zdisp 2.26 15 -0.1 ; • 显示： • plot hist 1 • plot hist 2
gen zone cyl p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 3 0 p3 0 0 5 size 5 3 6 group 2
圆柱形
第16页/共51页
gen zone radb p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 3 0 p3 0 0 5 p8 3 0 0 p9 0 2 0 p10 0 0 2 size 5 3 6 8 group 3
位移边界和应力边界
第23页/共51页
应力边界
• apply szz=-1e5 sxz=-.5e5 range z -.1 .1
z
σzz
σxz
x
第24页/共51页
应力梯度的施加
• apply sxx -10e5 gradient 0 0 1e5 range z 100 0
z
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σxx
圆柱形隧道
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gen zone cshell p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 3 0 p3 0 0 5 p8 3 0 0 p9 0 0 3 p10 3 3 0 p11 0 3 3 size 3 5 10 4 group 1
圆柱壳体
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gen zone cylint p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 5 0 p3 0 0 5 p8 3 3 0 p9 0 0 3 p10 3 5 0 p11 0 5 3 p12 5 3 0 p13 5 0 3 size 3 5 10 4 group 1

FLAC3D学习

FLAC3D学习1.FLAC3D的基本知识介绍岩土工程结构的数值解是建立在满足基本方程（平衡方程、几何方程、本构方程）和边界条件下推导的。

由于基本方程和边界条件多以微分方程的形式出现，因此，将基本方程近假发改用差分方程（代数方程）表示，把求解微分方程的问题改换成求解代数方程的问题，这就是所谓的差分法。

差分法由来已久，但差分法需要求解高阶代数方程组，只有在计算机的出现，才使该法得以实施和发展。

FLAC3D （FatLagrangianAnalyiofContinua）由美国Itaca公司开发的。

目前，FLAC有二维和三维计算程序两个版本，二维计算程序V3.0以前的为DOS版本，V2.5版本仅仅能够使用计算机的基本内存（64K），所以，程序求解的最大结点数仅限于2000个以内。

1995年，FLAC2D已升级为V3.3的版本，其程序能够使用护展内存。

因此，大大发护展了计算规模。

FLAC3D是一个三维有限差分程序，目前已发展到V2。

1版本。

FLAC3D的输入和一般的数值分析程序不同，它可以用交互的方式，从键盘输入各种命令，也可以写成命令（集）文件，类似于批处理，由文件来驱动。

因此，采用FLAC程序进行计算，必须了解各种命令关键词的功能，然后，按照计算顺序，将命令按先后，依次排列，形成可以完成一定计算任务的命令文件。

FLAC3D是二维的有限差分程序FLAC2D的护展，能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。

调整三维网格中的多面体单元来拟合实际的结构。

单元材料可采用线性或非线性本构模型，在外力作用下，当材料发生屈服流动后，网格能够相应发变形和移动（大变形模式）。

FLAC3D采用的显式拉格朗日算法和混合-离散分区技术能够非常准确发模拟材料的塑性破坏和流动。

由于无须形成刚度矩阵，因此，基于较小内存空间就能够求解大范围的三维问题。

FLAC3D采用ANSIC++语言编写的。

1对模拟塑性破坏和塑性流动采用的是“混合离散法”。

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弹性本构模型
零模型 — 所有的应力均为零: 模拟挖空区弹性模型 — 各向同性，线性各项异性 — 弹性，假定单元为横观各项异性
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
g
b
y b
f
x
-b 面为对称面. , b 轴与 x, y轴呈任意角度
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塑性本构模型
德鲁克-布拉格; 摩尔-库伦; 单一节理; 应变硬化-软化; 双屈服; 修正剑桥粘土; 霍克-布朗
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水力回填材料
位于粘土中的岩土工程位于岩石中的岩土工程
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本构模型的选择
Model <关键字> range
model mohr
model null range x=2,4 y=2,6 z=5,10 Prop <关键字1> <关键字2> <关键字3>
prop bulk = 1e8 shear = 0.3e8 fric = 35 prop coh = 1e10 tens = 1e10 。注意：（1）材料的本构模型必须先定义，以便绘图或显示材料参数。（2）如果材料参数关键字与本构模型不协调，则弹出警告信息，提示用户接受了不需要的材料参数值；（3）本构模型需要的材料参数没有指定时，系统使用默认值，除非另外指定，默认值为0
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第五章本构模型
一般性考虑 — 选择本构模型及参数
本构模型类型零模型
各向同性弹性模型
横观各向同性弹性模型德鲁克-普拉格塑性模型
摩尔-库仑塑性模型节理化塑性模型应变硬化/软化摩尔-库仑模型双线性应变强化/软化节理化塑性模型双屈服塑性模型修正的剑桥粘土模型霍克-布朗模型
代表性的材料类型挖空区
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德鲁克-布拉格带有非相关流动法则的弹性/塑性模型:剪切屈服应力是平均应力的函数
t A
kf
B
ft=0
C
s
st
kf /qf
德鲁克-布拉格破坏准则
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描述均质岩体的强度极限. 该模型的塑性流动法则是围压
的函数.
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摩尔-库仑带有非相关流动法则的弹性/塑性模型: 根据最大及最小主应力进行判断
s3
ft=0
B
C
c
2c
st tanf
A
Nf
s1
FLAC中的摩尔-库仑破坏准则
t
(常应力 sn)
坡度 = G
g
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霍克-布朗模型
非线性破坏面是一个经验公式, 用来
应用实例洞穴，开挖和将要回填的区域
均匀各向同性连续体材料，具有线形应力应变行为的材料具有弹性各向异性力学行为
的薄板层状材料(如板岩)
应用有限;内摩擦角低的软土
处于强度极限下的人工材料（如钢材），安全系数法计算加载不超过强度极限的薄板层状材料常用于和隐式有限元程序进行比较
松散状和粘结状粒状散体材料：土体、岩石、混凝土
通用的岩土力学模型(如边坡稳定问题和地下开挖)
具有强度各向异性的薄板层状材料（如板岩）
具有非线性硬化和软化行为的粒状散体材料
具有非线性强化和软化行为的薄板层状材料
紧密沉积层开挖用于研究薄板层状材料破坏后力学行为
压应力可以引起不可恢复的体积缩小的低粘结性的粒状散体材料
可塑性和剪切强度是体积变化的函数的材料各向同性岩石材料
1. 所有模型都由屈服函数，硬化/软化函数，和流动准则描述; 2. 塑性流动基于塑性理论，即总应变可以分解为弹性分量和塑性分量，只
有弹性应变分量根据弹性定律引起应力增加。而且，弹性和塑性分量与主应力同轴; 3. 德鲁克-布拉格，摩尔-库伦，单一节理, 应变硬化-软化模型使用剪切屈服函数和非相关联流动法则; 4. 德鲁克-布拉格，摩尔-库伦，单一节理, 应变硬化-软化模型另外还定义了拉伸强度准则及其相关流动法则; 5. 所有模型都使用有效应力描述; 6. 双屈服和修正剑桥粘土考虑了体积改变对材料可变形性和体积变形的影响; 7. 霍克-布朗包含非线性破坏面，随围压改变的塑性流动法则.

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