工程地质数值法学习心得

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1、工程地质数值法班级：姓名：学号：指导老师：某路基工程施工过程数值模拟本文首先对FLAC3D软件进行了介绍，简明阐述了其特点、应用范围及不足，然后结合具体路堤工程，采用FLAC3D软件对施工过程进行了模拟，生成了初始竖向和水平应力云图、第一次填筑及填筑结束时的沉降云图及水平位移云图;最后生成了路基中心点和坡脚节点的沉降曲线。关键词：FLAC3D:数值模拟；应力云图；沉降云图；位移云图1、FLAC3D的功能与特性自R.W.Clough1965年首次将有限元引入土石坝的稳定性分析以来，数值模拟技术在岩土工程领域获得了巨大的进步

2、，并成功解决了许多重大工程问题。特别是个人电脑的出现及其计算性能的不断提高，使得分析人员在室内进行岩土工程数值模拟成为可能，也使得数值模拟技术逐渐成为岩土工程研究和设计的主流方法之一。数值模拟技术的优势在于有效延伸和扩展了分析人员的认知范围，为分析人员洞悉岩体、土体内部的破坏机理提供了强有力的可视化手段。FLAC系列软件的出现，为岩土工程研究工作者提供了一款功能强大的数值模拟工具。1.1FLAC3D主要特点FLAC(FastLagrangianAnalysisofContinua)是由Itasca公司研发推出的连续介质力

3、学分析，是该公司旗下最知名的软件系统之一，FLAC目前已在全球七十多个国家得到广泛应用，在国际土木工程（尤其是岩土工程）学术界和工业界享有盛誉。FLAC3D界面简洁明了，特点鲜明。其使用特征主要表现为：命令驱动模式、专一性、开放性。作为有限差分软件，相对于其他有限元软件，在算法上，FLAC3D有以下几个优点：采用“混合离散法”来模拟材料的塑性破坏和塑性流动，比有限元中通常采用的“离散集成法”更准确、合理；即使模拟静态系统，也采用动态运动方程进行求解，这使得FLAC3D模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍；采用显示差分

4、法求解微分方程。采用FLAC3D进行数值模拟时，必须指定有限差分网格、本构关系和材料特性、边界和初始条件，这是FLAC3D求解的一般流程。1.2FLAC3D的应用范围FLAC3D的应用范围已拓展到土木建筑、交通、水利、地质、核废料处理、石油及环境工程等领域，成为这些专业领域进行分析和设计不可或缺的工具。其研究范围主要集中在以下几个方面：●岩体、土体的渐进破坏和崩塌现象的研究；●岩体中断层结构的影响和加固系统（如喷锚支护、喷射混凝土等）的模拟研究；●岩体、土体材料固结过程的模拟研究；●岩体、土体材料流变现象的研究；●高放射

5、性废料的地下存储效果的研究分析；●岩体、土体材料的变形局部化剪切带的演化模拟研究；●岩体、土体的动力稳定性分析、土与结构的相互作用分析以及液化现象的研究等。1.3FLAC3D的不足毋庸置疑，FLAC3D是十分优秀的岩土工程数值模拟软件，其实用性和专业性得到了广泛证实。但FLAC3D也存在着诸多不足，主要集中在以下几个方面：●求解时间受网格尺寸影响很大；●某些模式下的计算求解时间很长：●前处理功能较弱。●FLAC3D对于复杂三维模型的建立仍然十分困难。2、某路基工程施工过程模拟2.1工程概况该路基工程地基计算深度为50m，

6、分为两层，上部为回填土，厚度10m，下部为粘土，厚度40m:路基计算宽度为200m，填筑高度为5m，坡度为1：1.5。各土层物理、力学参数见表1。2.2模型建立由于几何模型具有对称性，可以采用1/2模型进行分析。首先建立坐标系，坐标系的原点O设置在地基表面与模型对称轴的交点，水平向右为X方向，竖直向上为Z方向，垂直于分析平面的方向为Y方向。网格的建立按照分区域建模的思路进行，如图2所示。由于路基坡脚的位置存在一个关键点，所以将模型划分成5个矩形区域，对每个区域按照控制点利用brick单元建立网格，并进行分组后赋值。考虑到

7、网格尺寸的一致性，Y方向只设置一个单元，该方向单元尺寸为5m。网格建立以后，首先设置边界条件。对底部边界节点的X、Y、Z三个方向的速度进行约束，相当于固定支座，对X两侧的边界进行水平速度约束。由于Y方向只设置一个单元长度，所以对模型中所有节点的Y方向速度均进行约束，相当于进行平面应变分析。2.3初始应力计算在路基施工前，需要将路基部分网格赋值为空模型，而将地基部分的网格赋值为Mohr模型。由于实例中存在null模型，不能采用solveelastic的求解方法获得初始应力，所以采用分阶段的弹塑性求解方法。先将Mohr模型的

8、凝聚力c值和抗拉强度δt赋值为无穷大进行求解，保证在重力作用下单元不至于发生屈服，然后再将Mohr模型参数赋值为真实值，再进行求解。图3和图4为初始应力计算结束时得到的竖向应力和水平应力云图，可以发现最大竖向应力值为85.3kPa，最大水平应力值为42.0kPa，静止侧压力系数约为0.5，与理论计算值基本一致。2.4