flac3d数值模拟基础

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1、FLAC3D数值模拟在采矿工程的应用主要内容FLAC3D软件简介FLAC3D数值模拟在岩土工程的应用2FLAC3D简介美国Itasca（依泰斯卡）咨询公司开发2D程序(1986)1990年代初引入中国有限差分法(FDM)DOS版→2.0→2.1→3.03FLAC3D简介应用：岩土力学/岩石力学分析，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

2、41承受荷载能力与变形分析：用于边坡稳定和基础设计2渐进破坏与坍塌反演：用于硬岩采矿和隧道设计3断层构造的影响研究：用于采矿设计4施加于地质体锚索支护所提供的支护力研究：岩锚和土钉的设计5排水和不排水加载条件下全饱和流体流动和孔隙压力扩散研究：挡土墙结构的地下水流动和土体固结研究6粘性材料的蠕变特性：用于碳酸钾盐矿设计7陡滑面地质结构的动态加载：用于地震工程和矿山岩爆研究8爆炸荷载和振动的动态响应：用于隧道开挖和采矿活动9结构的地震感应：用于土坝设计10由于温度诱发荷载所导致的变形和结构的不稳定：高辐射废料地下埋藏的性能评价12

3、大变形材料分析：用于研究粮仓谷物流动及井巷和矿洞中材料的总体流动FLAC3D简介5基本原理开始生成网格并调整网格的形状；持续的运动和连续的物质属性；特定的边界条件和初始条件。到达平衡状态效果是否符合要求作如下改变：开挖模型的物质属性改变边界条件实施求解效果是否符合要求参数是否调整结　　束网格确定问题的几何尺寸；持续的运动和连续的物质属性决定了模型的扰动（如由于开挖引起的变形）形式；边界条件和初始条件确定了模型的初始状态（没有引起扰动或变形的状态）。建立FLAC计算模型，必须进行以下三个方面的工作：1.有限差分网格2.本构特性

4、与材料性质3.边界条件与初始条件完成上述工作后，可以获得模型的初始平衡状态，也就是模拟开挖前的原岩应力状态。然后，进行工程开挖或改变边界条件来进行工程的响应分析。6基本原理有限差分法Lagrangian网格空间混合离散技术Lagrangian格式动量平衡方程FLAC3D的求解过程FLAC3D的本构模型7FLAC3D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8FLAC3D中的本构模型开挖模型null3个弹性模型各向同性弹性横观各向同性弹性正交

5、各向同性弹性8个塑性模型（Drucker-Prager模型、Morh-Coulomb模型、应变硬化/软化模型、遍布节理模型、双线性应变硬化/软化遍布节理模型、修正剑桥模型和胡克布朗模型）9FLAC3D中的本构模型10FLAC3D的前后处理术语水平边界压力结构线模型边界格网点格网区域水平边界压力滚动底端边界内部开挖边界区域（Zone）……有限差分划分的带在几何上是最小的区域，在在这个区域里的每一个现象的变化，如应力应变都可以估计出，。各种形状的多面体（立方体、楔形、锥体、四面体等）可用来构造模型并可用plot显示出来。每一个多面体

6、可能有一套或两套表层设置，这由5个四面体组成。默认的情况下，两个表层设置用在对计算精度要求高的情况下，区域的另外一种叫法是要素。栅格点（GridPoint）……栅格点是有限差分单元的角点。一个多面体可能有5个、6个、7个或8个网格点，主要取决于多面体的形状。给定每个节点的x，y和z值这样就具体确定了有限差分单元，。其他叫法有：节点，交点。有限差分栅格（FiniteDifferenceGrid）……有限差分网格是研究区域中一个或多个通过物理边界连接的有限差分单元的集合。另一个叫法是网格，有限差分网格也可以标识出模型中每个状态的存储

7、位置，FLAC3D所生成的矢量都保存在节点上（如：受力、速度、位移）。标量和张量保存在单元的中心（如应力、材料属性）。11FLAC3D的前后处理术语水平边界压力结构线模型边界格网点格网区域水平边界压力滚动底端边界内部开挖边界模型边界（ModelBoundary）……即有限差分网格的外围，内部边界也同样是模型边界（如网格中的空洞）。边界条件（BoundaryCondition）……即模型边界的约束条件或控制条件的给定（如：限制位移、渗透条件、绝热条件）。初始条件（InitialConditions）……即在对模型加载或开挖等作用前

8、的各种参数状态。基本模型（ConstitutiveModel)……基本模型（材料模型）即规定了FLAC3D模型中某一区域的变形或强度效应，可用大量基本模型去近视地质材料，可以单独定义FLAC3D模型中的基本模型和材料模型。空单元（NullZone）……空单元表示