FLAC3D基础介绍--FLAC3D在岩土工程中的应用.pptx
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1、GeoHohaiGeoHohai1/74主要内容主要内容nFLAC3D软件简介软件简介nFLAC3D的基本原理的基本原理nFLAC3D的前后处理的前后处理n流流-固耦合分析固耦合分析n接触单元与应用接触单元与应用n完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析n自定义本构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法n结构单元及应用结构单元及应用GeoHohaiGeoHohai2/74FLAC3D简介简介nFast Lagrangian Analysis of Continuan美国美国Itasca咨询公司开发咨询公司开发2D程序程序(1986)n1990年代初引入中国年代初引入中国n有限差分法有限差分法(
2、FDM)nDOS版版2.0 2.1 3.0nItasca其他软件其他软件GeoHohaiGeoHohai3/74FLAC3D简介简介n应用:应用:岩土力学分析,例矿体滑坡、煤矿开采沉陷预测、水利枢纽岩体稳定性分析、采矿巷道稳定性研究等岩土工程、采矿工程、水利工程、地质工程 n特色:特色:大应变模拟完全动态运动方程使得FLAC3D在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍 显示求解具有较快的非线性求解速度GeoHohaiGeoHohai4/74主要内容主要内容nFLAC3D软件简介软件简介nFLAC3D的基本原理的基本原理nFLAC3D的前后处理的前后处理n流流-固耦合分析固耦合分析n接触单元与
3、应用接触单元与应用n完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析n自定义本构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法n结构单元及应用结构单元及应用GeoHohaiGeoHohai5/74基本原理基本原理n有限差分法有限差分法nLagrangian网格网格n空间混合离散技术空间混合离散技术nLagrangian格式动量平衡方程格式动量平衡方程nFLAC3D的求解过程的求解过程nFLAC3D的本构模型的本构模型GeoHohaiGeoHohai6/74有限差分法有限差分法n古老的方法古老的方法(上世纪上世纪40年代年代)n用差分格式转化控制方程中的微商格式用差分格式转化控制方程中的微商格式n流体力学;土工
4、渗流问题;固结流体力学;土工渗流问题;固结nFDM&FEM的混合求解的混合求解nFDM的新进展的新进展GeoHohaiGeoHohai7/74Lagrangian网格网格n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固体力学中结点,按时步用Lagrangian法研究网格节点的运动n节点和单元随材料移动,边界和接节点和单元随材料移动,边界和接触面与单元的边缘一致触面与单元的边缘一致n固体力学大变形理论固体力学大变形理论法国数学家、物理学家拉格朗日 GeoHohaiGeoHohai8/74空间混合离散技术空间混合离散技术n结构域离散为可由四面体单元组合形成的五面体
5、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或六面体等单元n以以 为基本单元为基本单元(常应力、常应变常应力、常应变)n体应变的计算:体应变的计算:n偏应变的计算:偏应变的计算:GeoHohaiGeoHohai9/74空间混合离散技术空间混合离散技术+/2=GeoHohaiGeoHohai10/74Lagrangian格式动量平衡方程格式动量平衡方程F(t)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GeoHohaiGeoHohai11/74Case-1自由落体的模拟自由落体的模拟G=mgS=1/2gt2=20m命令流:命令流:config dyngen
6、 zon bri size 1 1 1ini x mul 0.1 y m 0.1 z m 0.1model elasprop bulk 3e8 shear 1e8ini dens 1000set grav 0 0-10solve age 2GeoHohaiGeoHohai12/74Case-1自由落体的模拟自由落体的模拟(movie)GeoHohaiGeoHohai13/74FLAC3D的求解过程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GeoHohaiGeoHohai14/74FLAC3D中的本构模型中的本构
7、模型n开挖模型开挖模型null n3个弹性模型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 n8个塑性模型(个塑性模型(Drucker-Prager模型、模型、Morh-Coulomb模型、应变硬化模型、应变硬化/软化模型、遍布节理软化模型、遍布节理模型、双线性应变硬化模型、双线性应变硬化/软化遍布节理模型、修正软化遍布节理模型、修正剑桥模型和剑桥模型和胡克布朗模型胡克布朗模型)GeoHohaiGeoHohai15/74FLAC3D中的本构模型中的本构模型GeoHohaiGeoHohai16/74主要内容主要内容nFLAC3D软件简介软件简介nFLAC3D的基本原理的基本原理nFLA
8、C3D的前后处理的前后处理n流流-固耦合分析固耦合分析n接触单元与应用接触单元与应用n完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析n自定义本构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法n结构单元及应用结构单元及应用GeoHohaiGeoHohai17/74FLAC3D的的前后处理前后处理n命令驱动命令驱动(推荐推荐)程序控制图形界面接口计算模型输出指定本构模型及参数指定初始条件及边界条件,指定结构单元指定接触面指定自定义变量及函数(FISH)求解过程的变量跟踪进行求解模型输出GeoHohaiGeoHohai18/74菜单驱动菜单驱动(计算模式计算模式)命令栏GeoHohaiGeoHohai19/74菜
9、单驱动菜单驱动(Plot)GeoHohaiGeoHohai20/74Case-2 一个最简单的例子一个最简单的例子gen zon bri size 3 3 3 ;建立网格建立网格model elas ;材料参数材料参数prop bulk 3e8 shear 1e8ini 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
10、 1 2 y 1 2solveRUN FLAC3DGeoHohaiGeoHohai21/74前后处理功能的优点前后处理功能的优点n多种多种zone类型类型n后处理快捷、方便、丰富后处理快捷、方便、丰富n计算过程中的计算过程中的hist变量动态显示变量动态显示nFISH可进行参数化模型设计可进行参数化模型设计n单元状态的可编程单元状态的可编程n计算暂停时的后处理与可保存计算暂停时的后处理与可保存GeoHohaiGeoHohai22/74前后处理功能的缺点前后处理功能的缺点n复杂模型的建模功能不强复杂模型的建模功能不强可以编程导入其他软件形成的网格(比如:Ansys、Adina、GeoCAD)n无
11、等值线的后处理功能无等值线的后处理功能(3D)可编程将.sav文件写入TecPlot等其他后处理软件n全命令操作,学习困难全命令操作,学习困难n鼠标功能单一鼠标功能单一(双击取击点坐标双击取击点坐标)GeoHohaiGeoHohai23/74主要内容主要内容nFLAC3D软件简介软件简介nFLAC3D的基本原理的基本原理nFLAC3D的前后处理的前后处理n流流-固耦合分析固耦合分析n接触单元与应用接触单元与应用n完全非线性的动力分析完全非线性的动力分析n自定义本构模型的基本方法自定义本构模型的基本方法n结构单元及应用结构单元及应用GeoHohaiGeoHohai24/74流流-固耦合分析固耦合
12、分析(单相流单相流)n基本功能基本功能n理论框架理论框架n计算模式计算模式n渗流边界条件,初始条件渗流边界条件,初始条件n单渗流计算及渗流耦合计算单渗流计算及渗流耦合计算 GeoHohaiGeoHohai25/74基本功能基本功能n渗流各向同性、各向异性渗流各向同性、各向异性n不同的渗流模型和属性不同的渗流模型和属性n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n抽水井、点源、体积源抽水井、点源、体积源n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 n非饱和渗流非饱和渗流采用显式差分法采用显式差分法n渗流渗流-固体固体-热热的耦合的耦合n
13、流流体体和和固固体体的的耦耦合合程程度度依依赖赖于于土土体体颗颗粒粒(骨骨架架)的的压缩程度,用压缩程度,用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。n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。GeoHohaiGeoHohai26/74理论框架理论框架n准静态准静态Biot理论理论 n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n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 n质量守恒定律质量守恒定律n达西定律达西定律n本构定律本构定律考虑流体响应孔隙水压力改变,饱和度
14、改变,体积应变改变和温度改变 GeoHohaiGeoHohai27/74流流-固耦合的计算模式固耦合的计算模式n无渗流模式无渗流模式孔压计算n有渗流模式有渗流模式瞬态渗流分析流-固耦合计算GeoHohaiGeoHohai28/74无渗流模式无渗流模式n不设置不设置CONFIG Fluidn孔压不改变孔压不改变nINITIAL ppnWATER tableWATER densitySET gravityWATER table facen手动设置手动设置干湿密度干湿密度n设置设置CONFIG fluidn瞬态渗流分析瞬态渗流分析n有效应力计算有效应力计算n不排水计算不排水计算 n设置土体设置土体干
15、密度干密度 n渗流模型渗流模型MODEL fl_isotropic MODEL fl_anisotropic MODEL fl_null 渗流模式渗流模式GeoHohaiGeoHohai29/74渗流边界条件,初始条件渗流边界条件,初始条件n默认的边界条件是不透水边界默认的边界条件是不透水边界 n孔隙压力自由孔隙压力自由(不透水边界不透水边界)n固定孔隙水压力固定孔隙水压力(透水边界透水边界)如:井 n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。GeoHohaiGeoHoh
16、ai30/74单渗流计算及渗流耦合计算单渗流计算及渗流耦合计算 n时间比例时间比例 n完全耦合分析方法完全耦合分析方法 n孔压固定分析孔压固定分析(有效应力分析有效应力分析)n单渗流得到孔压分布单渗流得到孔压分布 n无渗流计算无渗流计算孔压的力学响应孔压的力学响应 n流流-固耦合计算固耦合计算 GeoHohaiGeoHohai31/74时间比例时间比例(scale)n力学过程的特征时间力学过程的特征时间 n流体扩散过程的特征时间流体扩散过程的特征时间 GeoHohaiGeoHohai32/74完全耦合分析方法完全耦合分析方法n时间比例时间比例短期行为(不排水)n ts(分析时间)tcn施加扰动
17、的属性施加扰动的属性流体扰动:渗流可不与力学过程耦合力学扰动:耦合等级取决于流固刚度比n流固刚度比流固刚度比GeoHohaiGeoHohai33/74单渗流得到孔压分布单渗流得到孔压分布n用途:排水沟;抽水井;耦合计算用途:排水沟;抽水井;耦合计算n计算步骤计算步骤CONFIG fluid SET mech offSET fluid implicit on/offMODEL fl_;PROP STEP;SOLVE age;SET fluid ratioSET fluid off mech onnPROP biot_c 0(or INI fmod 0)GeoHohaiGeoHohai34/74无
18、渗流计算无渗流计算孔压的力学响应孔压的力学响应n不排水短期响应不排水短期响应n两种分析方法:干法和湿法两种分析方法:干法和湿法干法:Ku=K+a2Mn两种破坏形式WATER或INI获得常孔压,不排水的c,(孔压改变较小)=0,c=cu(MK+4/3G)湿法:耦合体系的短期行为n使用排水的K,c,n若SET fluid off,Biot_mod(fmod)真实GeoHohaiGeoHohai35/74流流-固耦合计算固耦合计算nCONFIG fluid;M(Kf);K(渗透系数渗透系数)真实,则真实,则FLAC3D默默认耦合计算认耦合计算pvvpn预估流预估流/力特征时间力特征时间n耦合计算前先
19、达到一个平衡状态耦合计算前先达到一个平衡状态SET fluid on mech off;SET fluid off mech on;STEPSET mech force;SET mech substep n auto;SET fluid substep m(=1)STEP:渗流步足够小GeoHohaiGeoHohai36/74Case-3真空预压的简单模拟真空预压的简单模拟n孔压边界条件孔压边界条件ntstc长期分析(排水)nRk1骨架很软n孔压扰动孔压扰动进行biot_mod调整砂层软土层粘土层PVD2m8m10mData file:Data file:GeoHohaiGeoHohai37/
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- FLAC3D 基础 介绍 岩土 工程 中的 应用
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