RFPA-2D 岩层移动版说明书

I目录第一章RFPA2D理论概述....................................................................11.1RFPA2D基本概述......................................................................11.2RFPA2D-Strata方法要点...........................................................21.3RFPA2D-Strata介绍...................................................................3第二章RFPA2D-Strata软件的特点概述...........................................42.1RFPA2D-Strata软件概述...........................................................42.2RFPA2D-Strata方法的主要要点...............................................42.3RFPA2D-Strata软件基本原理...................................................5第三章RFPA2D-Strata安装指南.....................................................183.1系统要求..................................................................................183.2RFPA2D-Strata的安装.............................................................19第四章RFPA2D-Strata简介..............................................................214.1RFPA2D-Strata的开发背景.....................................................214.2如何获得帮助..........................................................................214.3如何购买..................................................................................21第五章RFPA2D-Strata菜单..............................................................235.1RFPA2D-Strata计算步骤.........................................................235.2RFPA2D-Strata工作平台的装入.............................................235.3RFPA2D-Strata工作条介绍.....................................................265.4RFPA2D-Strata颜色灰度调整.................................................285.5RFPA2D-Strata网格划分.........................................................29II5.6RFPA2D-Strata强度特性设置.................................................305.7RFPA2D-Strata力边界条件设置.............................................315.8RFPA2D-Strata控制条件设置.................................................325.9RFPA2D-Strata系统自定义.....................................................335.10RFPA2D-Strata基本设置.......................................................405.11RFPA2D-Strata经典算例.......................................................43第六章RFPA2D常见问题..................................................................556.1软件安装问题与解答..............................................................556.2软件操作问题与解答..............................................................606.3软件高级运用及解答..............................................................651第一章RFPA2D理论概述1.1RFPA2D基本概述岩石（岩体）是地质、采矿、石油、水利等部门经常涉及的最基本的天然材料。天然的岩体是非连续、非均质、非弹性、各向异性的介质。它具有时效性、记忆性和对环境的依赖性。尽管经典力学推衍了诸多的理论公式，但面对复杂的工程岩体材料仍显得无能为力。在许多实际工程当中，依据理想化的模式计算出的诸如岩体变形、破坏和强度等与实际相差甚远。煤矿岩爆、瓦斯突出、采场顶板垮落、水坝开裂、岩土边坡失稳、地震等众多灾害性事故的发生，不仅给国家和人民财产造成了巨大损失，同时也表明，人类目前尚缺乏对岩石（岩体）材料的不规则性、复杂性和物理力学非线性本质的认识和解决这些问题的方法，致使许多岩石力学问题无法定量或定性地予以解释和分析。岩石力学问题，广义讲包括岩石破坏问题。岩石之所以产生非线性变形，就是因为岩石在受载过程中其内部不断产生微细破裂。这种微细破裂的不断发展便导致最终的宏观破裂。通常的有限元方法尽管可以模拟岩石的非线性变形，但只是在宏观行为上的一种“形似”，而没有模拟出岩石在变形过程中的微破裂进程，因而不能做到“神似”。为了解决岩石破裂过程的分析，采用有限差分法、有限单元法、2边界元法、半解析元法、离散元法等数值模拟方法在全面解决复杂的岩土工程问题，例如岩土材料的非线性问题、岩体中节理、裂隙等不连续面对分析计算的影响、分步开挖与充填施工作业对围岩稳定性的影响等方面都不同程度的存在缺陷。1995年，软件系统创始人唐春安教授针对这些问题提出了基于有限元基本理论，充分考虑岩石破裂过程中伴随的非线性、非均匀性和各向异性等特点的新的数值模拟方法“RFPA（RealisticFailureProcessAnalysis）方法”，即真实破坏过程分析方法。1.2RFPA2D-Strata方法要点1、将材料的非质性参数引入到计算单元，宏观破坏是单元破坏的积累过程。2、认为单元性质是线弹-脆性或脆-塑性的，单元的弹模和强度等其他参数服从某种分布，如正态分布、韦伯分布、均匀分布等。3、认为当单元应力达到破坏的准则发生破坏，并对破坏单元进行刚度退化处理，故可以以连续介质力学方法处理物理非连续介质问题。4、认为岩石的损伤量、声发射同破坏单元数成正比。RFPA数值模拟方法同时还认为：1、将材料的不均匀性当单元变形使应力达到一定强度值时即作破坏处理（即假定单元性质近似为弹脆性的，但由于考虑了材料3的非均匀性，材料的宏观性质则可能是具有软化或弱化关系的非线性性质）。2、破坏单元不具备抗拉能力，但具备一定的抗挤压能力。3、材料的非均匀性可以通过单元力学参数分布的非均匀性来表达。4、破坏单元的力学特性变化是不可逆的。5、基元相变前后均为线弹性体。1.3RFPA2D-Strata介绍RFPA2D-Strata是继RFPA2D-Basic版推出的，主要面向岩土工程的应用分析。新版的RFPA2D-Basic版引入了松散系数，实现了对冒落岩体碎胀的模拟再现，使得岩层移动（垮落）的模拟更加符合实际。利用该版本可对地下工程诱发的地表沉陷、岩层移动、巷道破坏、顶板冒落等工程灾害展开应力场、位移场及声发射模式（微震）的实时监测。如：(1)采矿诱发的岩层移动规律模拟分析；(2)地下工程施工诱发的地表沉陷计算模拟分析；(3)隧道群的变形破坏过程计算模拟分析。4第二章RFPA2D-Strata软件的特点概述2.1RFPA软件概述真实破裂过程分析（RealisticFailureProcessAnalysis）〔简称：RFPA〕，RFPA软件是基于RFPA方法（即真实破裂过程分析方法）研发的一个能够模拟材料渐进破坏的数值试验工具。其计算方法基于有限元理论和统计损伤理论，该方法考虑了材料性质的非均性、缺陷分布的随机性，并把这种材料性质的统计分布假设结合到数值计算方法（有限元法）中，对满足给定强度准则的单元进行破坏处理，从而使得非均匀性材料破坏过程的数值模拟得以实现。因RFPA软件独特的计算分析方法，使其能解决岩土工程中多数模拟软件无法解决的问题。RFPA是一个能够模拟材料渐进破裂直至失稳全过程的数值试验工具。该方法的一个重要特色是考虑了材料性质的非均匀性，是一种通过非均匀性模拟非线性、通过连续介质力学方法模拟非连续介质力学问题的材料破裂过程分析新型数值分析方法。2.2RFPA2D-Strata方法的主要要点1）将材料的不均质性参数引入到计算单元，宏观破坏是单元破坏的积累过程。2）认为单元性质是线弹-脆性或脆-塑性的，单元的弹模和强度等其5他参数服从某种分布，如正态、韦伯、均匀等。3）认为当单元应力达到破坏的准则将发生破坏，并对破坏单元进行刚度退化处理，故可以以连续介质力学方法处理物理非线性介质问题。4）认为岩石的损伤量、声发射同破坏单元数成正比。2.3RFPA2D-Strata软件基本原理1）基于弹性损伤理论RFPA是一个以弹性力学为应力分析工具、以弹性损伤理论及其修正后的Coulomb破坏准则为介质变形和破坏分析模块的真实破裂过程分析系统。其基本思路是：材料介质模型离散化成由细观基元组成的数值模型，材料介质在细观上是各向同性的弹-脆性或脆-塑性介质；假定离散化后的细观基元的力学性质服从某种统计分布规律（如weibull分布），由此建立细观与宏观介质力学性能的联系；按弹性力学中的基元线弹性应力、应变求解方法，分析模型的应力、应变状态。RFPA利用线弹性有限元方法作为应力求解器；引入适当的基元破坏准则（相变准则）和损伤规律，基元的相变临界点用修正的Coulomb准则；基元的力学性质随演化的发展是不可逆的；6基元相变前后均为线弹性体；材料介质的裂纹扩展是一个准静态过程，忽略因快速扩展引起的惯性力的影响。2）网格划分非均匀介质单元划分标准：从提过计算速度的角度讲：自然是单元取得大些比较合适，但较大的单元不仅不能反映细观非均匀的力学性质，使模型不能很好地反映工程实际，而且较大的单元尺寸本身也会给计算带来较大的误差。从计算精度的角度讲：在计算机速度允许的情况下，应尽可能的将单元划分得小些，这样不仅能够使模型更加真实地反映实际，而且也有利于提高计算的精度。单元大小的划分标准：根据精度，是否将单元划分