东南大学交通学院岩土工程研究所 FLAC3D在岩土工程中的应用 陈育民,左威龙 导师:刘汉龙教授 河海大学岩土工程研究所 ymch@hhu.edu.cn 2007-4-16 GeoHohai
GeoHohai FLAC3D在岩土工程中的应用 陈育民，左威龙 导师：刘汉龙 教授 河海大学岩土工程研究所 ymch@hhu.edu.cn 2007-4-16 东南大学交通学院岩土工程研究所
主要内容 软件介绍 中动力分析 Dynamic Option 桩-土相互作用分析 Interface 隧道分析 Structure Element 流固耦合分析 Fluid-Mechanical Interaction 中学习方法及经验介绍 2 77 GeoHohai
2 / 77 GeoHohai 主要内容 软件介绍 动力分析 ▪ Dynamic Option 桩-土相互作用分析 ▪ Interface 隧道分析 ▪ Structure Element 流固耦合分析 ▪ Fluid-Mechanical Interaction 学习方法及经验介绍
主要内容 软件介绍 中动力分析 Dynamic Option 中桩-土相互作用分析 Interface 隧道分析 Structure Element 仲流固耦合分析 Fluid-Mechanical Interaction 中学习方法及经验介绍 3/77 GeoHohai
3 / 77 GeoHohai 主要内容 软件介绍 动力分析 ▪ Dynamic Option 桩-土相互作用分析 ▪ Interface 隧道分析 ▪ Structure Element 流固耦合分析 ▪ Fluid-Mechanical Interaction 学习方法及经验介绍
软件介绍 萨 Fast Lagrangian△ nalysis of Continua 美国 Itasca咨询公司开发2D程序(1986 1990年代初引入中国 件有限差分法(FDM) DOS版→2.0→21→3.0→3.1 ITASCA Consulting Canada, Inc. F tasca其他软件 FLAC version 5.0 F LACASope FLAC3D 78151012.0 FLAC3D FLAC3D [Windows Version] ersion 2.1 version3.0 UDBC。3 DEd pFC2D Version4. 0 Version 3 version3.PFC3D 4/77 utonouadl
4 / 77 GeoHohai 软件介绍 Fast LagrangianAnalysis of Continua 美国Itasca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 →3.0 →3.1 Itasca其他软件
软件介 中应用 岩土力学分析,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、交通工程、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FLAC3在模拟物理上的不稳定过程不 存在数值上的障碍 动力分析功能——地震工程 衬砌功能——地下工程 可开发功能 ·FISH ·VC++ 5/77 GeoHohai
5 / 77 GeoHohai 软件介绍 应用 ▪ 岩土力学分析，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、交通工程、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 ▪ 动力分析功能——地震工程 ▪ 衬砌功能——地下工程 ▪ 可开发功能 • FISH • VC++
丰富的本构模型 模型 材料特性 实际应用 空模型 空 孔洞,开挖,后续施工材料(如回填) 线弹性模型 均匀各向同性的线形本构关系 低于强度极限的人工材料(如钢 铁);安全系数计算 正交各向同性 弹性 正交各向同性材料 不超过强度极限的柱状玄武岩 横观各向同性 弹性 横观各向同性弹性(即板岩) 不超过强度极限的层压材料 德鲁克普拉格 模型 极限分析,底摩擦角的软粘土 与隐式有限元程序相比的常用模型 摩尔-库仑 松散或胶结的粒状材料:土,岩石,混岩土力学通用模型边坡稳定性分 模型 凝土 析,地下开挖) 应变硬化软化摩尔库仑存在非线性硬化或软化的粒状材料 破坏后研究(失稳过程,立柱屈服, 模型 顶板崩落) 遍布解理模型 具有强度各向异性的层状材料(即板岩) 松散沉积地层中的开挖 双线性应变硬化化遍 布解理模型 具有非线性材料硬化或软化的层状材料 层状材料破坏后研究 双屈服面塑性模型 轻胶结的粒状材料,在压力作用下导致 永久体积减小 修正剑桥模型变形和抗剪强度是体变的函数 粘土 「胡克布朗模型 各向同性的岩石材料 岩石 6/77 GeoHohai
6 / 77 GeoHohai 丰富的本构模型 胡克-布朗模型 各向同性的岩石材料 岩石 修正剑桥模型 变形和抗剪强度是体变的函数 粘土 轻胶结的粒状材料，在压力作用下导致 永久体积减小 双屈服面塑性模型 具有非线性材料硬化或软化的层状材料 层状材料破坏后研究 双线性应变硬化/软化遍 布解理模型 遍布解理模型 具有强度各向异性的层状材料(即板岩) 松散沉积地层中的开挖 破坏后研究(失稳过程，立柱屈服， 顶板崩落) 存在非线性硬化或软化的粒状材料 应变硬化/软化摩尔-库仑 模型 岩土力学通用模型(边坡稳定性分 析，地下开挖) 松散或胶结的粒状材料：土，岩石，混 凝土 摩尔-库仑 模型 极限分析，底摩擦角的软粘土 与隐式有限元程序相比的常用模型 德鲁克-普拉格 模型 横观各向同性弹性(即板岩) 不超过强度极限的层压材料 横观各向同性 弹性 正交各向同性材料 不超过强度极限的柱状玄武岩 正交各向同性 弹性 低于强度极限的人工材料(如钢 铁)；安全系数计算 线弹性模型 均匀各向同性的线形本构关系 空模型 空 孔洞，开挖，后续施工材料(如回填) 模型 材料特性 实际应用 胡克-布朗模型 各向同性的岩石材料 岩石 修正剑桥模型 变形和抗剪强度是体变的函数 粘土 轻胶结的粒状材料，在压力作用下导致 永久体积减小 双屈服面塑性模型 具有非线性材料硬化或软化的层状材料 层状材料破坏后研究 双线性应变硬化/软化遍 布解理模型 遍布解理模型 具有强度各向异性的层状材料(即板岩) 松散沉积地层中的开挖 破坏后研究(失稳过程，立柱屈服， 顶板崩落) 存在非线性硬化或软化的粒状材料 应变硬化/软化摩尔-库仑 模型 岩土力学通用模型(边坡稳定性分 析，地下开挖) 松散或胶结的粒状材料：土，岩石，混 凝土 摩尔-库仑 模型 极限分析，底摩擦角的软粘土 与隐式有限元程序相比的常用模型 德鲁克-普拉格 模型 横观各向同性弹性(即板岩) 不超过强度极限的层压材料 横观各向同性 弹性 正交各向同性材料 不超过强度极限的柱状玄武岩 正交各向同性 弹性 低于强度极限的人工材料(如钢 铁)；安全系数计算 线弹性模型 均匀各向同性的线形本构关系 空模型 空 孔洞，开挖，后续施工材料(如回填) 模型 材料特性 实际应用
软件介绍 有限差分法(FDM) 古老的方法(上世纪40年代) 用差分格式转化控制方程中的微商格式 流体力学;土工渗流问题;固结 FDM&FEM的混合求解 FDM的新进展 时间步与时间 时间步的设置须满足数值求解的稳定 Special option中有特定的时间步要求 动力、渗流、流变、温度中是真实时间 7/77 GeoHohai
7 / 77 GeoHohai 软件介绍 有限差分法(FDM) ▪ 古老的方法(上世纪40年代) ▪ 用差分格式转化控制方程中的微商格式 ▪ 流体力学；土工渗流问题；固结 ▪ FDM & FEM的混合求解 ▪ FDM的新进展 时间步与时间 ▪ 时间步的设置须满足数值求解的稳定 ▪ Special Option中有特定的时间步要求 ▪ 动力、渗流、流变、温度中是真实时间
Lagrangian网格 源自流体力学中的拉格朗日法 跟踪流体质点的运动状态 跟踪固体力学中结点,按时步用 Lagrangian 法研究网格节点的运动 萨跟踪 节点和单元随材料移动 复杂的 边界和接触面与单元的边缘一致边界条件 积分点随材料移动 精确描述 本构方程在相同的材料点赋值丁材料的发展 中固体力学大变形理论 法国数学家、物理学家 Lagrangian 8/77 GeoHohai
8 / 77 GeoHohai Lagrangian网格 源自流体力学中的拉格朗日法 ▪ 跟踪流体质点的运动状态 ▪ 跟踪固体力学中结点，按时步用Lagrangian 法研究网格节点的运动 跟踪 ▪ 节点和单元随材料移动 ▪ 边界和接触面与单元的边缘一致 ▪ 积分点随材料移动 ▪ 本构方程在相同的材料点赋值 固体力学大变形理论 法国数学家、物理学家Lagrangian 复杂的 边界条件 精确描述 材料的发展
大应变与小应变 SET Small 默认为小应变模式 不更新节点坐标 不进行应力旋转修正 SET large 大位移,大位移梯度,大转角 岩土工程中的大变形问题 软土的固结变形 土体的开挖 软岩巷道 地下硐室 9/77 GeoHohai
9 / 77 GeoHohai 大应变与小应变 SET small ▪ 默认为小应变模式 ▪ 不更新节点坐标 ▪ 不进行应力旋转修正 SET large ▪ 大位移，大位移梯度，大转角 岩土工程中的大变形问题 ▪ 软土的固结变形 ▪ 土体的开挖 ▪ 软岩巷道 ▪ 地下硐室
空间混合离散技术 萨结构域离散为可由四面体单元组合形成的五面体或六面 体等单元 以多为基本单元(常应力、常应变 体应变的计算: 世偏应变的计算: )/2 10/77 GeoHohai
10 / 77 GeoHohai 空间混合离散技术 结构域离散为可由四面体单元组合形成的五面体或六面 体等单元 以 为基本单元(常应力、常应变) 体应变的计算： 偏应变的计算： =( + )/2
