应变软化模型在flac3d二次开发中的应用

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1、万方数据第27卷第3期209年6月水电能源科学WaterResourcesandPowerV01．27No．3June．209文章编号：i000—7709(2009)03—0120-04应变软化模型在FLAC3D二次开发中的应用胡军朱巨建(辽宁科技大学资源与土木工程学院，辽宁鞍山114051)摘要：基于FLAC30软件提供的二次开发平台，利用VisualC++语言在FLAC”中成功实现了模拟土的应变软化本构模型的开发，通过算例计算结果与实测值比较验证了开发模型的正确性。以UserMohr模型为例，阐述了在FLAC3D中开发用户自定义模型应

2、具备的基本知识和开发步骤，为其他用户进行FLAC”的二次开发提供了参考。关键词：FLAC3D；应变软化模型；UserMohr；二次开发；土体；弹塑性中图分类号：TU45文献标志码：A松散边坡(回填土坡、松沙及风化沙构成的边坡、垃圾填埋场、贮灰坝、矿渣堆积场)在降雨入渗后将导致土体有效应力降低，甚至滑坡，给人们的生命财产带来巨大损失。1976年香港的秀茂坪滑坡即为降雨人渗导致土体软化而滑坡，造成18人死亡；2000年云南兰坪滑坡也是由于降雨导致堆积体应变软化，迫使5000人搬迁。现有的大型商业结构分析软件未提供模拟降雨入渗后土体的应变软化本

3、构模型。鉴此，本文根据文献[1]中的液化模型对FLAC3D进行二次开发，即在内嵌的莫尔库伦模型中加入一个新的屈服准则模拟土体在降雨入渗后的应变软化现象，称之为UserMohr。该模型能模拟降雨入渗或地下水位上升后松散土坡发生浅层流动破坏，能得出比较符合实际的结果，也能很好地分析贮灰坝、尾矿坝、土石坝液化和地震稳定性。1FLAC3D简介FLAC3D是美国ITASCA国际咨询与软件开发公司在FLAC基础上开发的三维数值分析软件，是面向土木、交通、水利、石油及采矿、环境工程的通用软件系统，可实现对岩、土和支护结构等建立高级三维模型，并进行复杂的

4、岩土工程数值分析与设计等，由于功能强大、运行速度快等优点而得到广泛应用‘引。FLAC30内包括许多本构模型，其中有11个力学、3个流体、8个蠕变和2个热力学模型，但均不能很好地模拟降雨入渗后土体的应变软化行为。为此，本文基于FLAC3D提供的二次开发平台，实现了考虑降雨入渗影响的土体应变软化模型的开发，并对文献[3]中的回填松散土坡进行计算，将计算结果与文献[3]进行比较，验证了模型的正确性。2FLAC3D的二次开发非线性材料本身就具有很大的不稳定性，如柱子的突然断裂、土坝的渗透破坏等，系统的部分应变能转化为动能，再从系统中传播和消散。为

5、模拟这些过程，FLAC3D中包含了能产生和消散动能的惯性项，所以通过FLAC3D程序计算问题的静力解，公式中也将包含运动的动态方程。FLAC3D在求解时采用了有限差分、空间离散及动态求解技术。先将分析域离散为由四面体单元组合形成的五面体或六面体单元，在显式时间差分求解中所有的矢量参数(力、速度和位移)均存储在网格节点上，所有的应力及材料特性均存储在单元的中心位置。通过运动方程由应力及外力可求出节点的速度及位移，再由空间导数得出单元应变率，借助于材料的本构关系，由单元应变率可获得单元新的应力。显式拉格朗日计算循环收稿日期：2009—04—0

6、8，修回日期：2009—04—27基金项目：国家电力公司科学技术基金资助项目(SP一2002—03—50．04(01))作者简介：胡军(1977一)，男，讲师，研究方向为边坡稳定，E-mail：hujun99@sohu．com万方数据第27卷第3期胡军等：应变软化模型在FLAC。D---次开发中的应用·121·如图1所示。对每个节点图1FLAC”的计算循环图Fig．1CalculatingdiagramofFLAC30在FLAC3D中所有的本构模型均以动态链接库(DLL)的形式存在，当FLAC3D启动时可自动调用这些模型，且所有模型的源代

7、码均提供给用户，所以可对FLAC30自带的本构模型进行修改或创建新的本构模型。对用户自定义的本构模型，必须由C++语言编写，在VisualC++6．0(sp4)或更高版本的开发环境中进行编译生成动态链接库．DLL文件；再由主程序调用执行。用户自定义本构模型的主要功能是对给出的应变增量得到新的应力，辅助功能包括提供模型名称、版本号等基本信息及完成读写等基本操作。用C++编写一个可在FIACD执行的本构模型，需掌握六方面的内容：①了解C++面向对象的编程机制及类的继承和派生。②熟悉基类(ConstitutiveModel)的构造。③掌握基类中

8、各成员函数的作用，便于用户在派生类中修改函数，实现自定义的本构模型。④模型的注册。⑤模型与FLAC3D间的信息交换主要通过Run实现。⑥模型状态指示器，根据Run()函数计算单元新的应力判断单