1、GeoHohaiFLAC/FLAC3D基礎與應用基礎與應用陳育民陳育民 副教授副教授河海大學土木與交通學院河海大學土木與交通學院Email: 1河海大學，河海大學，20112011年年1111月月2424日日GeoHohai幾個問題 什么是什么是FLAC？ 為什么要用為什么要用FLAC？ FLAC能做什么？能做什么？ FLAC為何這么流行？為何這么流行？ 怎么學怎么學FLAC？GeoHohai什么是FLAC？ Fast Lagrangian Analysis of Continua3GeoHohai為什么要用FLAC？4Abaqus：745條Plaxis：80條ADINA：310條GeoHoh

2、aiFLAC能做什么？ 巖土工程中的絕大多數問題巖土工程中的絕大多數問題 土力學、巖石力學、防災減災、隧道、地下空間等土力學、巖石力學、防災減災、隧道、地下空間等 采礦工程中的大部分問題采礦工程中的大部分問題 水工結構中的部分問題水工結構中的部分問題 結構工程結構工程國際通用的巖土工程國際通用的巖土工程專業分析程序專業分析程序5GeoHohaiFLAC為何這么流行？ Charles Fairhurst美國工程院、瑞典皇家工程院院士，國際巖石力學學科美國工程院、瑞典皇家工程院院士，國際巖石力學學科和巖石力學學會創始人之一，歷任國際巖石力學學會主和巖石力學學會創始人之一，歷任國際巖石力學學會主席和

3、副主席，國際巖石力學學會席和副主席，國際巖石力學學會MULLER獎、美國巖石力獎、美國巖石力學學會終生成就獎獲得者。學學會終生成就獎獲得者。 Peter Cundall美國工程院、英國皇家工程院院士，國際資深計算巖石美國工程院、英國皇家工程院院士，國際資深計算巖石力學學家。力學學家。6GeoHohai怎么學習FLAC？7問：好學不？答：好學！問：難不？答：難！GeoHohai報告安排 第一講：基本介紹、靜力分析、前后處理第一講：基本介紹、靜力分析、前后處理 第二講：接觸面、第二講：接觸面、FISH語言、流固耦合分析語言、流固耦合分析 第三講：動力分析、自定義本構、結構單元第三講：動力分析、自定

4、義本構、結構單元 第四講：第四講：FLAC（2D）基本介紹與應用實例）基本介紹與應用實例 討論討論8GeoHohai第一講FLAC3D基本介紹、靜力分析、前基本介紹、靜力分析、前后處理后處理9GeoHohai軟件介紹 Fast Lagrangian Analysis of Continua 美國美國Itasca咨詢公司開發咨詢公司開發2D程序程序(1986) 1990年代初引入中國年代初引入中國 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大應變大應變、小應變計算模

5、式、小應變計算模式.豐富的本構模型、提供自定義的本構模型功能豐富的本構模型、提供自定義的本構模型功能接觸面可以模擬不同材料的接觸接觸面可以模擬不同材料的接觸流固耦合實現土體的固結與滲流流固耦合實現土體的固結與滲流擁有各種功能的結構單元類型，擁有各種功能的結構單元類型，模擬土與結構的相互作用模擬土與結構的相互作用強大的強大的動力分析功能動力分析功能.流變分析，擁有粘彈性模型和粘塑性模型流變分析，擁有粘彈性模型和粘塑性模型熱力學分析熱力學分析.11Shear strainrate contoursGeoHohaiFLAC3D12- 與FLAC類似，是FLAC的三維版本- 與 FLAC擁有相同的優點

6、upstreamdownstream GeoHohai基本特點 內置材料模型內置材料模型 連續介質非線性，大應變模擬連續介質非線性，大應變模擬 顯式解題方案，顯式解題方案，為不穩定物理過程提供穩定解為不穩定物理過程提供穩定解 界面或滑動面用來模擬可產生滑動或分離的離散面，界面或滑動面用來模擬可產生滑動或分離的離散面，從而模擬斷層，節理或摩擦邊界從而模擬斷層，節理或摩擦邊界 內置材料模型豐富：內置材料模型豐富：n零模型零模型, n三個彈性模型三個彈性模型 (各向同性，橫觀各向同性和正交各向同性，橫觀各向同性和正交各向異性各向異性), n八個八個朔性朔性模型模型 (德魯克德魯克-布拉格布拉格, 摩

7、爾摩爾-庫倫庫倫, 應應變硬化變硬化/軟化，單一節理，雙線性應變硬化軟化，單一節理，雙線性應變硬化/軟化軟化單一節理單一節理, 雙屈服，修正劍橋粘土，霍克雙屈服，修正劍橋粘土，霍克-布朗布朗)13隧道工程GeoHohai可選模塊 可選模塊包括可選模塊包括: n 熱力學熱力學,熱熱-力學耦合力學耦合,熱熱-流體流體-力學耦合包括熱傳導和對流力學耦合包括熱傳導和對流; n 粘彈粘彈,粘朔性粘朔性(蠕變蠕變)材料模型材料模型;n動力學分析動力學分析,并可以模擬靜邊界和并可以模擬靜邊界和自由域自由域 n使用使用C+定義自己的模型定義自己的模型14核廢料儲存中的熱力學研究問題核廢料儲存中的熱力學研究問題

8、GeoHohaiFLAC/FLAC3D基本原理基本原理 FLAC/FLAC3D利用有限差分，顯示方案，動態利用有限差分，顯示方案，動態松弛方法模擬連續體的非線性力學行為：松弛方法模擬連續體的非線性力學行為：n即使對準靜態問題，程序仍然求解完整的動力學方程。即使對準靜態問題，程序仍然求解完整的動力學方程。這種方法的好處在于可以為物理非穩定過程例如塌方提這種方法的好處在于可以為物理非穩定過程例如塌方提供穩定解；供穩定解；n在在 “松弛松弛”方法中，使用阻尼來吸收動能以模擬系統的方法中，使用阻尼來吸收動能以模擬系統的“靜態靜態”反應。反應。 這種方法可以用比其它方案如解矩陣法更這種方法可以用比其它方

9、案如解矩陣法更為真實有效地模擬塌方問題。為真實有效地模擬塌方問題。15GeoHohaiLagrangian法 源自流體力學中的拉格朗日法源自流體力學中的拉格朗日法 跟蹤流體質點的運動狀態跟蹤流體質點的運動狀態 跟蹤固體力學中結點，按時步用跟蹤固體力學中結點，按時步用Lagrangian法研究網格法研究網格節點的運動節點的運動 節點和單元隨材料移動，邊界和接觸面與單元的節點和單元隨材料移動，邊界和接觸面與單元的邊緣一致邊緣一致 固體力學大變形理論固體力學大變形理論16法國數學家、物理學家拉格朗日 GeoHohai混和離散技術混和離散技術FLAC混和離散混和離散17+/2=每個每個 為常應力為常應

10、力/應變應變:體積應變由整個四邊形算出體積應變由整個四邊形算出 . 應變偏量則有兩個三角形應變偏量則有兩個三角形 和和 分別算出分別算出(混合離散混合離散 過程過程)解題過程中網格坐標按照解題過程中網格坐標按照“拉格朗日方式更新拉格朗日方式更新” (網格隨材料移動網格隨材料移動), 且為且為顯式顯式 (一個時步內局部變化不會影響鄰域一個時步內局部變化不會影響鄰域)GeoHohaiFLAC3D混和離散混和離散18+/2=GeoHohaiFLAC3D混和離散19n結構域離散為可由四面體單元組合形成的五面體或六面體等單元;n以 為基本單元(常應力、常應變);n體應變的計算： ;n偏應變的計算： .G

11、eoHohai動態松弛動態松弛法動態松弛法 在動態松弛法中，網格點根據牛頓運動定律運動在動態松弛法中，網格點根據牛頓運動定律運動. 網格點的速度與該網格點的速度與該點的不平衡力呈正比點的不平衡力呈正比. 這種求解方法所決定的一系列位移將把系統這種求解方法所決定的一系列位移將把系統帶入平衡狀態，或表明破壞模式帶入平衡狀態，或表明破壞模式. 在動態松弛法中有兩個因素很重要在動態松弛法中有兩個因素很重要:時步的選擇時步的選擇1.阻尼效應阻尼效應 20GeoHohai顯式算法顯式解與隱式解的比較顯式解與隱式解的比較21顯式顯式,逐時推進逐時推進隱式隱式, 靜態靜態1.無需進行反復迭代來實現非線無需進行

12、反復迭代來實現非線性本構關系性本構關系 .2. 類似問題求解時間呈類似問題求解時間呈 N3/2 規規律增長律增長3. 物理非穩定性不會引起數值物理非穩定性不會引起數值不穩定性不穩定性.4. 因為無需儲存矩陣，用較小因為無需儲存矩陣，用較小內存即可模擬大尺度問題內存即可模擬大尺度問題.5.對大位移、大應變問題同樣適對大位移、大應變問題同樣適合，無需額外的計算合，無需額外的計算 .1.需進行反復迭代來實現非線性需進行反復迭代來實現非線性本構關系本構關系 2.類似問題求解時間呈類似問題求解時間呈 N2 甚至甚至 N3規律增長規律增長.3.難以模擬物理非穩定性問題難以模擬物理非穩定性問題.4.需存儲剛

13、度矩陣，需克服相關需存儲剛度矩陣，需克服相關的帶寬問題，需要的內存較大的帶寬問題，需要的內存較大 .5.對大位移、大應變問題需進行對大位移、大應變問題需進行大量的計算大量的計算 .GeoHohaiNew Features in FLAC Version 6.0 使用使用Intel Fortran compiler擁有更快的計算速度擁有更快的計算速度 自動網格重畫功能，解決自動網格重畫功能，解決 bad-geometry 問題問題. 新的模擬顆粒土材料的硬化模型新的模擬顆粒土材料的硬化模型 更新的通用網格生成工具更新的通用網格生成工具22GeoHohaiNew Features in FLAC3

14、D Version 3.1多處理器的并行計算功能多處理器的并行計算功能 新結構單元類型新結構單元類型 “Embedded Liner” 提供兩個方提供兩個方向的接觸作用，可以很好地模擬擋土墻向的接觸作用，可以很好地模擬擋土墻對四面體單元采用新的混合離散方法對四面體單元采用新的混合離散方法 “Nodal Mixed Discretization” 提供塑性問題更精確的解提供塑性問題更精確的解答答64位程序位程序包含命令手冊、包含命令手冊、FISH手冊和應用實例的幫助手冊和應用實例的幫助23GeoHohaiNew Features in FLAC3D Version 4.0 模擬顆粒狀材料的硬化模

15、型模擬顆粒狀材料的硬化模型 自動網格重畫功能，解決自動網格重畫功能，解決 bad-geometry 問題問題. 改進的改進的interface 更快的滲流計算更快的滲流計算 更新的動力計算功能更新的動力計算功能24GeoHohaiLagrangian格式動量平衡方程25F(t)duFm amdtijiijdugdtx, ,u u u m牛頓運動定律對于連續體在靜力平衡條件下，加速度項為0，方程變為平衡方程GeoHohai自由落體的模擬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自由落體的模擬(movie)27GeoHohaiFLAC3D中模型術語中模型術語28節點gridpoint：節點zone：單元boundary：邊界GeoHohaiFLAC3D的求解過程29平衡方程(動量方程)應力應變關系(本構模型)Gauss定律單元積分應變率速度節點力新的應力對所有的網格節點對所有單元GeoHohaiFLAC3D中的本構模型 開挖模型開挖模型null 3個彈性模型個彈性模型 各向同性彈性各向

17、同性彈性 橫觀各向同性彈性橫觀各向同性彈性 正交各向同性彈性正交各向同性彈性 8個彈塑性模型個彈塑性模型 Drucker-Prager模型、模型、Morh-Coulomb模型、應變硬化模型、應變硬化/軟化模型、遍布節理模型、雙線性應變硬化軟化模型、遍布節理模型、雙線性應變硬化/軟化遍布軟化遍布節理模型、修正劍橋模型和胡克布朗模型節理模型、修正劍橋模型和胡克布朗模型30GeoHohaiFLAC3D中的本構模型31GeoHohai一個最簡單的例子gen zon bri size 3 3 3 ;建立網格建立網格(前處理前處理)model elas ;材料參數材料參數prop bulk 3e6 she

18、ar 1e6ini dens 2000 ;初始條件初始條件fix z ran z -.1 .1 ;邊界條件邊界條件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 ;后處理后處理切片功能切片功能32RUN FLAC3DGeoHohai分析問題的過程33建立網格建立網格初始條件初始條件邊界條件邊界條件初始應力平衡初始應力平衡外荷載外荷載求解求解前處

19、理前處理后處理后處理GeoHohaiFLAC3D的文件格式的文件格式n保存文件保存文件 (*.sav) 含有所有狀態變量和用戶定義條件的二進制文件含有所有狀態變量和用戶定義條件的二進制文件 n數據文件數據文件 (*.dat) 數據文件由用戶創建的一種數據文件由用戶創建的一種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問題的它包括一系列的用于描述所分析問題的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的網格信息文件的網格信息文件n歷史記錄文件歷史記錄文件 (*.his) 記錄輸入輸出歷史值的

20、文件記錄輸入輸出歷史值的文件 n圖形文件圖形文件 圖形文件圖形文件(各種標準格式各種標準格式)n電影文件電影文件 (*.dcx) AVI或或PCX圖像文件，這些圖像文件可以當作電圖像文件，這些圖像文件可以當作電影放映影放映34GeoHohai初始應力的生成 為什么要單獨列出？為什么要單獨列出？ 分析過程中出現的很多問題都與初始應力是否合理有分析過程中出現的很多問題都與初始應力是否合理有關關 手冊中的例子五花八門手冊中的例子五花八門 是所有后續分析的基礎是所有后續分析的基礎！ 生成方法生成方法 彈性求解彈性求解 更改強度參數的彈塑性求解更改強度參數的彈塑性求解 設置初始應力的彈塑性求解設置初始應

21、力的彈塑性求解 存在水壓力的初始應力生成存在水壓力的初始應力生成 水下建筑的初始應力生成水下建筑的初始應力生成35GeoHohai彈性求解模型尺寸單元數量密度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更改強度參數的彈塑性求解模型尺寸單元數量密度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設置初始應力的彈塑性求解模型尺寸單元數量密度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存在水壓力的初始應力生成(1)模型尺寸單元數量飽和密度KGcfu水位線孔隙率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存在水壓力的初始應力生成(2)模型尺寸單元數量飽和密度KGcfu水位線孔隙率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單元數較少產生的誤差單元數較少產生的誤差GeoHohai水下建筑的初始應力生成模型尺寸單元數量飽和密度KGcfu水位線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前后處理42GeoHohai前后處理 基本前后處理基本前后處理 命令操作命令操作 菜單操作菜單操作 dd & dip attach & merge 外界模型的導入外界模型的導入 復雜模型的網格檢查復雜模型的網格檢查43Ge

32、oHohaiFLAC3D的前后處理 命令驅動命令驅動(推薦推薦) 程序控制程序控制 圖形界面接口圖形界面接口 計算模型輸出計算模型輸出 指定本構模型及參數指定本構模型及參數 指定初始條件及邊界條件，指定結構單元指定初始條件及邊界條件，指定結構單元 指定接觸面指定接觸面 指定自定義變量及函數指定自定義變量及函數(FISH) 求解過程的變量跟蹤求解過程的變量跟蹤 進行求解進行求解 模型輸出模型輸出44GeoHohai菜單驅動(計算模式)45命令欄GeoHohai菜單驅動(Plot)46GeoHohaiFLAC3D的前處理的前處理47FLAC3D網格生成的關鍵特征：網格生成的關鍵特征：FLAC3D

33、是命令驅動.使用FLAC3D內置基元進行形狀組合可形成復雜網格.用戶自定義FISH 函數可以用來修改基元網格以創建更為復雜的網格.第三方軟件導入.GeoHohaiFLAC3D網格基元48塊體塊體退化塊體退化塊體楔體楔體金字塔金字塔四面體四面體柱體柱體徑向塊體徑向塊體徑向隧道徑向隧道徑向柱體徑向柱體柱狀殼體柱狀殼體柱狀交叉柱狀交叉隧道交叉隧道交叉GeoHohai49GeoHohai50塊體塊體徑向柱體徑向柱體柱狀交叉柱狀交叉GeoHohaiTecplot的后處理51GeoHohai52GeoHohaiTecplot后處理53GeoHohai54GeoHohai55GeoHohai56GeoHoh

34、aiTecplot的云圖和等值線57TecplotTecplot中云圖的效果與中云圖的效果與flac3dflac3d的的shade onshade on的效果差的效果差不多不多, ,但是其出三維等值線的功能是卓越的但是其出三維等值線的功能是卓越的. .GeoHohai58GeoHohaiTecplot的切片功能59TecplotTecplot的的sliceslice切片切片功能功能. .和和CADCAD一樣一樣, ,可以任意可以任意切剖面出切剖面出圖圖. .最大優最大優點是可以點是可以幾個剖面幾個剖面同時出圖同時出圖. .GeoHohai60整體和截面的整體和截面的數據以單元形數據以單元形式存

35、在列表中式存在列表中, ,可自由選擇和可自由選擇和組合多個單元組合多個單元出圖出圖. .GeoHohaidd 和 dip Simwe.Com上有近百的討論貼上有近百的討論貼 地質上的概念，傾向和傾角地質上的概念，傾向和傾角 建議用建議用ori和和norm代替代替 后處理的切片功能后處理的切片功能 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 其他應用其他應用 reflect網格網格 建立水面建立水面61xyzorinormGeoHohaiattach 和 merge attach 用于連

36、接次節點用于連接次節點 (sub-grid) 允許網格存在一定隨意性允許網格存在一定隨意性 要求成比例要求成比例(1:2, 1:3等等) 可用于模型的檢查可用于模型的檢查 慎用慎用 merge 用于節點的合并用于節點的合并 外來模型導入的精度差異外來模型導入的精度差異 tolerance的設置的設置62sub-grid 4:25:2tol121mergGeoHohai外界模型的導入 復雜網格的生成難度大復雜網格的生成難度大 接口編寫接口編寫 不同軟件之間的精度差異不同軟件之間的精度差異 Group的定義的定義 采用采用.flac3d的文件格式的文件格式 .flac3d文件的格式文件的格式 G

37、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 僅限于僅限于網格網格633w zones 3secGeoHohai復雜網格的檢查 FLAC3D生成的復雜網格生成的復雜網格 attach face 無接觸面時檢查整體模型是否存在無接觸面時檢查整體模型是否存在sub-grid 有接觸面時給定范圍進行檢查有接觸面時給定范圍進行檢查 其他軟件導入的復雜模型其他軟件導入的復雜模型 網格劃分的檢查網格劃分的檢查 gen merge 彈性模型彈性模型model elastic求解求解 “獨立獨

38、立”節點節點 “畸形畸形”單元單元64GeoHohai模型的檢查 FLAC本身的本身的Check功能十分有限功能十分有限 錯誤提示很少錯誤提示很少 十分開放的工作平臺十分開放的工作平臺 (自由落體自由落體) 檢查的基本步驟檢查的基本步驟 網格檢查網格檢查(如前所述如前所述) 邊界條件檢查邊界條件檢查 速度約束條件速度約束條件 plo gpfix red sk 荷載條件荷載條件 plo fap red sk 模型檢查模型檢查 模型賦值模型賦值plo block model 參數賦值參數賦值plo block prop * 初始應力檢查初始應力檢查(如后所述如后所述)65GeoHohai初始應力檢

39、查辦法 初始應力的計算時間不會初始應力的計算時間不會“非常長非常長” 經常檢查模型的響應經常檢查模型的響應 plo con szz (syy, sxx)應力場應力場 plo con zdis (ydis, xdis)位移場位移場 plo blo sta屈服狀態屈服狀態 plo gpfix red sk速度約束條件速度約束條件 plo fap red sk體力體力 plo hist (unbal)不平衡力不平衡力 plo interface nstress (sstress)接觸面單元接觸面單元66GeoHohai第二講FLAC3D接觸面、接觸面、FISH語言、流語言、流固耦合分析固耦合分析Ge

40、oHohai接觸面（interface）GeoHohai接觸面單元 應用范圍應用范圍 原理原理 建模方法建模方法 推薦方法推薦方法 復雜內部接觸面的設置方法復雜內部接觸面的設置方法 參數選擇參數選擇 單樁承載力分析單樁承載力分析 擋土墻的接觸面設置擋土墻的接觸面設置 思路：未知問題的分析方法思路：未知問題的分析方法GeoHohai接觸面單元的用途 網格不連續網格不連續 巖體介質中的解理、斷層、巖層面巖體介質中的解理、斷層、巖層面 地基與土體的接觸地基與土體的接觸 箱、槽及其內充填物的接觸箱、槽及其內充填物的接觸 空間中無變形的固定空間中無變形的固定“障礙障礙”GeoHohai接觸面的原理 三角

41、形單元三角形單元 (無厚度無厚度!) 參數較多參數較多 三種工作模式三種工作模式 粘結界面粘結界面 粘接滑移粘接滑移 庫倫滑動庫倫滑動GeoHohai接觸單元模型的建立 (1) 關鍵關鍵要形成同一位置的兩個節點要形成同一位置的兩個節點(面面) “移來移去移來移去”(推薦推薦) 建兩個分開的模型建兩個分開的模型 建立接觸單元建立接觸單元 通過通過INI * add使模型接觸使模型接觸 注意注意dist的含義的含義 NO merge, NO attach!接觸面dist1234GeoHohai接觸單元模型的建立 (2) “導來導去導來導去” 利用利用expgrid, impgrid命令進行網格導出

42、與導入命令進行網格導出與導入 配合配合DELETE命令命令 適于適于內部接觸面內部接觸面的建立，或的建立，或 其他前處理其他前處理工具建立的網格工具建立的網格GeoHohai接觸單元模型的建立 (3) GEN separate INTERFACE wrap 指定正確的指定正確的groupGeoHohai接觸面參數的確定 虛構的為了合并節點而設置的接觸面虛構的為了合并節點而設置的接觸面 Kn=ks=10*max(K+4/3G)/D Dzmin 真實的剛性接觸面真實的剛性接觸面 如料倉下料如料倉下料 c,D,Tension重要，重要，kn,ks不重要不重要 真實的柔性接觸面真實的柔性接觸面 斷層；

43、斷層；水力劈裂水力劈裂材料材料 試驗得到參數試驗得到參數 對于對于kn,ks：巖石斷層：巖石斷層10100MPa/m(粘土粘土); 100GPa(巖石巖石) 反分析方法反分析方法：通過斷層中巖石的變形與原巖的變形：通過斷層中巖石的變形與原巖的變形GeoHohai單樁承載力分析 軟土地基軟土地基 bulk 1.6878E6 shear 3.6167E5 coh 15E3 fric 12 dens 1.73E3 樁體樁體 bulk 5e9 shear 3.75e9 dens 2.5e30.5m 8m 10m 20m GeoHohai計算過程施加樁頂荷載施加樁頂荷載計算結果計算結果GeoHohai影

44、響因素7.50E+03fricgk3coh/0.70.7fric10g10k23.00E+0420100e100e1cohfrickskn水平因素GeoHohai計算工況設計1233(9)3123(8)2313(7)2132(6)1322(5)3212(4)3331(3)2221(2)1111(1)cohfrickskn 水平因素工況GeoHohai計算結果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%2221(2)37.8%11

45、11(1)Ra差異差異度度cohfrickskn水平因素水平因素GeoHohai最優方案2222111122101122最優方最優方案案17.3%6.8%72.8%11.9%極差極差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合理步驟單樁分析單樁分析簡單網格簡單網格接觸面參數接觸面參數多次試算多次試算理論、實測理論、實測加密網格加密網格接觸參數接觸參數理想結果理想結果群樁分析群樁分析Pile結構單元結構單元單元參數單元參數理想結果理想結果Pile結構單元

46、結構單元單元參數單元參數理想結果理想結果GeoHohai擋土墻的接觸面設置 對于未知問題的分析思路對于未知問題的分析思路 3個獨立的接觸面個獨立的接觸面 3個同個同ID的接觸面的接觸面 2個獨立的接觸面個獨立的接觸面 2個獨立的接觸面并進行底部個獨立的接觸面并進行底部merge擋墻擋墻 土體土體 123WallSoilGeoHohai擋土墻的接觸面設置(2)Z = 5.16cmZ = 1.14cmZ = 不能初始平衡不能初始平衡 Z = 0.35cm？GeoHohai擋土墻的接觸面設置(3)X = 1.95cmX = 1.91cmX = 1.47cm？GeoHohai擋土墻的接觸面設置(3)

47、前兩種方法的差別實前兩種方法的差別實質質 3個個ID的獨立接觸面在的獨立接觸面在相同位置產生互不影相同位置產生互不影響的兩個節點響的兩個節點 共同共同ID的接觸面在相的接觸面在相同位置自動設置為同位置自動設置為1個個節點節點 最終的結論需要您自最終的結論需要您自己去判斷！己去判斷！3 interfaces, 2 IDs 1 interface, 1 ID GeoHohaiFISH語言GeoHohaiFISH語言簡介 軟件自帶的編程語言軟件自帶的編程語言 是否一定要學？是否一定要學？ 視情況而定，需要時查詢視情況而定，需要時查詢FISH變量即可變量即可 語法簡單語法簡單xxxend_xxx 注意

48、事項注意事項 與與FLAC本身的關鍵字沖突本身的關鍵字沖突 保留字不可縮寫保留字不可縮寫 變量可不定義，因此注意檢查程序變量可不定義，因此注意檢查程序 print fish table, extra等命令使用等命令使用GeoHohai一個最簡單的FISH程序def abc abc = 1 + 2 * 3 abcd = 1.0 / 2.0endabcprint fish數據格式GeoHohai函數與變量 都可以在都可以在FISH函數中進行賦值，賦值操作與常規的編程函數中進行賦值，賦值操作與常規的編程語言類似，按照運算符的優先級先后順序來執行。語言類似，按照運算符的優先級先后順序來執行。 函數和變

49、量的賦值遵守數據類型的規則，即整型的計算結函數和變量的賦值遵守數據類型的規則，即整型的計算結果為整型，浮點型的計算結果為浮點型，因此讀者在進行果為整型，浮點型的計算結果為浮點型，因此讀者在進行除法運算、開方運算時都需要將數據類型設置為浮點型，除法運算、開方運算時都需要將數據類型設置為浮點型，數字盡量使用小數點以保證運算正確。數字盡量使用小數點以保證運算正確。 變量和函數名的命名規則是不能以數字開頭，不能含有中變量和函數名的命名規則是不能以數字開頭，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。. , * / + - = # ( ) ; 變量和函數名不能與變量和函數名不能與F

50、LAC3D、FISH的保留字相沖突，的保留字相沖突，不要采用過于簡單的單詞，比如不要采用過于簡單的單詞，比如a，hist等，這些都與保留等，這些都與保留字相沖突。字相沖突。 即使程序中存在與保留字相沖突的變量，即使程序中存在與保留字相沖突的變量，FLAC3D也不會也不會提供任何提示，所以提醒讀者在編制提供任何提示，所以提醒讀者在編制FISH程序時程序時盡量使盡量使用較長的、復雜的變量和函數名用較長的、復雜的變量和函數名。GeoHohai函數與變量對變量進行賦值時，不能使用當前函數的函數名放在對變量進行賦值時，不能使用當前函數的函數名放在“=”的右邊，比如采用下面的定義的右邊，比如采用下面的定義

51、abcd = abc + 1.0在在FISH程序執行時會提出錯誤，因為這樣會形成遞歸調程序執行時會提出錯誤，因為這樣會形成遞歸調用，這種調用方式在用，這種調用方式在FISH程序中是不允許的。程序中是不允許的。變量和函數的作用是變量和函數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變量的值都會立即生效，因此在實際應用中盡量避免不變量的值都會立即生效，因此在實際應用中盡量避免不同的函數中含有相同的變量，因為這樣可能會造成賦值同的函數中含有相同的變量，因為這樣可能會造成賦值錯誤，并難以檢查。錯誤，并難以檢查。在在FLAC3D中可以用如下的命令來引用中可以用如下的命令來引用FI

52、SH函數和變量函數和變量PRINT用于查看函數和變量的數值；用于查看函數和變量的數值；HISTORY命令可以對函數和變量的數值進行記錄；命令可以對函數和變量的數值進行記錄；SET命令用于變量的賦值。命令用于變量的賦值。GeoHohai主要語句 選擇語句選擇語句CASEOF 表達式表達式默認語句默認語句CASE n1表達式的值為表達式的值為n1時的語句時的語句CASE n2表達式的值為表達式的值為n2時的語句時的語句ENDCASEGeoHohai主要語句 條件語句條件語句IF 條件表達式條件表達式 THENELSEENDIFFISH中條件運算符沒有“并”、“或”、“否”這樣的符號 if aa 1

53、.0 if aa 2.0 執行語句 endifendif表達“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的編寫習慣第一步第二步def abcendabcdef abc p_gp = gp_head loop while p_gp # null p_gp = gp_next(p_gp) endloopendabc第

54、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與建模Tunnel.txt兩個圓形隧道的連接部分兩個圓形隧道的連接部分 變直徑的隧道部分變直徑的隧道部分 GeoHohaiFISH檢查 主要采用主

55、要采用PRINT fish命令命令 查看變量的賦值是否合理，主要檢查值為查看變量的賦值是否合理，主要檢查值為0的函數的函數和變量，因為和變量，因為FISH程序中一般定義的變量都有實程序中一般定義的變量都有實際的意義，輸出為際的意義，輸出為0的變量很可能是與保留字相沖的變量很可能是與保留字相沖突的變量突的變量 （如（如a就是就是apply的保留字）的保留字） 或者由于編寫筆誤產生的變量或者由于編寫筆誤產生的變量 （如數字（如數字0與大寫字母與大寫字母O）。）。 GeoHohai流固耦合分析很難！GeoHohai流-固耦合分析(單相流) 基本功能基本功能 理論框架理論框架 計算模式計算模式 滲流邊

56、界條件，初始條件滲流邊界條件，初始條件 單滲流計算及滲流耦合計算單滲流計算及滲流耦合計算 GeoHohai基本功能滲流各向同性、各向異性滲流各向同性、各向異性不同的滲流模型和屬性不同的滲流模型和屬性流體壓力，涌入量，滲漏量和不滲水邊界流體壓力，涌入量，滲漏量和不滲水邊界抽水井、點源、體積源抽水井、點源、體積源飽和滲流可采用顯式差分法、隱式差分法飽和滲流可采用顯式差分法、隱式差分法 非飽和滲流非飽和滲流采用顯式差分法采用顯式差分法滲流滲流-固體固體-熱熱的耦合的耦合流體和固體的耦合程度依賴于土體顆粒流體和固體的耦合程度依賴于土體顆粒(骨架骨架)的的壓縮程度，用壓縮程度，用Biot系數表示顆粒的可

57、壓縮程度。系數表示顆粒的可壓縮程度。 循環荷載引起的動水壓力變化和循環荷載引起的動水壓力變化和土體液化土體液化GeoHohai理論框架 準靜態準靜態Biot理論理論 多孔介質中遵循多孔介質中遵循Darcy定律的單相滲流定律的單相滲流 描述多孔介質中流體滲流的變量描述多孔介質中流體滲流的變量 孔隙水壓力，飽和度，特定排水向量的三個分量孔隙水壓力，飽和度，特定排水向量的三個分量 質量守恒定律質量守恒定律 達西定律達西定律 本構定律本構定律 考慮流體響應孔隙水壓力改變，飽和度改變，體積應考慮流體響應孔隙水壓力改變，飽和度改變，體積應變改變和溫度改變變改變和溫度改變 GeoHohai有效應力計算 無滲

58、流模式無滲流模式 不設置不設置CONFIG Fluid 孔壓不改變孔壓不改變 設置孔壓分布設置孔壓分布 INITIAL pp WATER table WATER density WATER table face SET gravity 手動設置手動設置干濕密度干濕密度F 滲流模式 設置CONFIG fluid 設置土體干密度 滲流模型 MODEL fl_isotropic MODEL fl_anisotropic MODEL fl_null SET fluid off set WATER bulk = 0GeoHohai滲流邊界條件，初始條件 默認的邊界條件是不透水邊界默認的邊界條件是不透水邊

59、界 孔隙壓力自由孔隙壓力自由(不透水邊界不透水邊界 ) 固定孔隙水壓力固定孔隙水壓力(透水邊界透水邊界) 如：井如：井 孔隙壓力，孔隙率，飽和度和流體屬性的初始分孔隙壓力，孔隙率，飽和度和流體屬性的初始分布可以用布可以用INITIAL命令或者命令或者PROPERTY命令定義命令定義。 GeoHohai單滲流計算及滲流耦合計算 時間比例時間比例 完全耦合分析方法完全耦合分析方法 孔壓固定分析孔壓固定分析(有效應力分析有效應力分析) 單滲流得到孔壓分布單滲流得到孔壓分布 無滲流計算無滲流計算孔壓的力學響應孔壓的力學響應 流流-固耦合計算固耦合計算 GeoHohai單滲流得到孔壓分布 用途：排水溝；

60、抽水井；耦合計算用途：排水溝；抽水井；耦合計算 計算步驟計算步驟 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無滲流計算孔壓的力學響應 不排水短期響應不排水短期響應 兩種分析方法：干法和濕法兩種分析方法：干法和濕法 干法：干法：Ku=K+a2M 兩種破壞形式兩種破壞形式 WATER或INI獲得常孔壓，不排水的c, (孔壓改