FLAC程序在石英岩和砂岩隧道开挖中应用的对比研究

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1、万方数据第4卷第2期华北科技学院学报2007年6月FLAC程序在石英岩和砂岩隧道开挖中应用的对比研究①孟韬②1一，李海南1(1．华北科技学院土木工程系，北京东燕郊101601；2．北京工业大学，北京100022)摘要：本文基于FI。AC程序的基本原理及主要功能，通过对建立的石英岩和软岩中的隧道开挖模型的比较研究，分析得出FIAC程序对地基处理问题的使用性和适用性。关键词：FLAC程序；隧道；石英岩；砂岩中图分类号：TP311．56文献标识码：A文章编号：1672—7169(2007)02—0091—04FL气C全称是

2、Fast1aJlgrangianAnalysisofCOntinuum。FL气C是一种显式差分程序，于1986年由美国Itasca公司(ItascaConSultingGroup，Inc)开发。该程序的基本原理和算法与离散元法相似，但它应用了节点位移连续的条件，可以对连续介质进行大变形分析。FLAC程序可以模拟10种材料模型，可以进行边坡、基础、坝体、隧道、地下采场、洞室等问题的模拟分析。FIAC还具有很强的前处理功能和后处理功能。由于该程序特别适合于岩土工程问题分析，推出以后立即受到重视，日前在国际岩土界相当流行。

3、FL蛇程序引入国内仅有十来年时间，已引起许多科研单位的广泛兴趣。本文对其基本原理及主要功能作简要介绍，并应用FLAC程序对石英岩和砂岩中的隧道开挖进行了对比研究。1FL蜒程序基本原理FLAC程序采用的是拉格朗日法。拉格朗日法是流体力学中研究流体运输的两种方法之一。它通过单个流体质点运动参数随时间的变化规律，以及相邻质点间这些参数的变化规律，来研究整个流场中流体的运动。将拉格朗日法移植到固体力学中，将所研究的区域划分成网络，网格节点相当于流体的质点，然后按时步用拉格朗日法来研究网格节点的运动，这种方法就称为拉格朗日元法

4、。该方法最适合于求解非线性大变形问题。FL虻程序基于显式差分法来求解运动方程和动力方程。二维的FIAC程序对计算区域内的介质划分为若干个二维单元，单元之间以节点相互连接。对某一个节点施加荷载之后，该节点的运动方程可以写成时间步长的有限差分形式。在某一个微小的时段内，作用于该节点的荷载只对周围的若干节点(例如相邻的节点)有影响。根据单元节点的速度变化和时段，程序可以求出单元之间的相对位移，进而可以求出单元应变；根据单元材料的本构方程应可以求出单元应力。随着时段的增长，这一过程将扩展到整个计算范围，直到边界。FLAC程序

5、将计算单元之间的不平衡力，然后将此不平衡力重新加到各节点上，再进行下一步的迭代运算，直到不平衡力足够小或者各节点位移趋于平衡为止。2FLAC程序的主要特点2。1较低的硬件配置FLAC程序中FL地和GIIC同时安装仅需要35M的硬盘空间，加上模型储存文件也只需要100M左右。由于FU屺程序采用的是显式有限差分方法，在运算过程中不必形成象有限元程序那样的整体刚度矩阵，因此程序运行所占的内存不大。在内存较小的微机上亦可以进行较大规模的计算。实际应用经验表明，具有4M内存的微机可以计算大约15000个单元的算题。如果采用菜单

6、驱动模式，也是只需要60M左右的内存。2．2方便的多模式操作FLAC程序经过多年发展，现在既可以作为菜单驱动计算程序进行操作，又可以作为命令驱动计算程序进行操作。作为初级用户可以使用菜单驱动计算程序，通过鼠标操作菜单生成FIAC模型，这种方式为用户提供了简单而又快捷的方法。而命令驱动计算程序为高级用户提供了更为实用和更易于编译的方法。2．3强大的前后处理功能FLAC程序具有很强的前处理功能和后处理功能。只要设定某些控制点的坐标，程序就可以①收稿日期：2007—05．09②作者简介：孟韬(1979一)，男，河北沧州人，

7、大学毕业，华北科技学院土木工程系教师。91万方数据第4卷第2期华北科技学院学报2007年6月自动生成网格，界面美观。用户或根据实际情况通过某些命令修改网格。例如，对于圆形隧洞，可采用全放射性网络；对于非圆形洞室和复杂地下洞群，可采用局部密集、周边疏散的网格形式。FLAC程序的计算结果同时以数据文件和图形文件两种形式保存在微机磁盘。其中，图形文件包括各个施工期的大小应力向量图，X和Y方向应力分量及剪应力的等值线图，X和Y方向位移等值线图，锚杆(锚索)受力向量图以及塑性区范围等，并且可用十四种颜色来着色显示。此外，用户可

8、根据需要使程序对关键部位的应力、位移等跟踪记录，并绘出应力(应变)与时间关系曲线。2．4实现对多种材料和多种工况的模拟FLAC程序可以模拟“零”模型、各向同性弹性模型、横观同性弹性模型、莫尔一库仑模型一应变强化和软化模型等十种材料，可以模拟地应力场生成、边坡或地下洞室开挖、锚杆或锚索设置、地下渗流等。另外，程序还包括了交界面模型及分区功能，以模