FLAC3D基本原理及简单实例

基本操作及简单应用3DFLAC一FLAC3D基础知识二FLAC3D中材料的本构模型三FLAC3D的应用实例分析的基本组成部分3DFLACFLAC3D基础知识名称关键词控制点个数单元划分的方向个数六面块体网格brick83楔形网格wedge63柱体网格cylinder63块体外围渐变放射网格radbrick154六面体隧道外围渐变放射网格radtunnel144柱形交叉隧道网格cylint145棱椎体网格pyramid53退化块体网格dbrick73柱形壳体网格cshell104征基本形状网格的基本特3DFLACFLAC3D基础知识•六面块体网格楔形网格•生成六面块体网格的完整命令如下：generatezonebrickp0x0y0z0p1x1y1z1……p7x7y7z7sizen1n2n3ratior1r2r3•如果生成的是长方体网格，命令如下：generatezonebrickp0x0y0z0p1x1y1z1p2x2y2z2p3x3y3z3sizen1n2n3ratior1r2r3征基本形状网格的基本特3DFLACFLAC3D基础知识功能命令功能命令清除、调用命令文件NewCall初始平衡计算及求解SolveSetGravity生成网格GenerateExpgrid执行变更ModelApply定义材料本构关系和性质ModelProperty计算结果保存及调用SaveRestore定义边界、初始条件ApplyFix图形绘制及结果输出PlotHist简单分析的基本命令3DFLACFLAC3D基础知识指定材料模型•一旦完成了网格的生成，就必须给模型中的所有单元指定一种或者更多的材料模型及相应的性质。这可以用两个命令MODEL和PROPERTY来完成。FLAC中有十种内置的材料模型，一般只用三种模型：MODELnull，MODELelastic和MODELmohr。•MODELnull指的是从模型中去除的或开挖的材料；MODELelastic指的是各向同性弹性材料行为；MODELmohr指的是摩尔-库伦塑性行为。•MODELelastic和MODELmohr需要通过PROPERTY命令指定材料的性质，弹性模型需要的材料参数有：•（1）密度•（2）体积模量•（3）剪切模量FLAC3D基础知识•其中，体积模量K和剪切模量G与杨氏模量E和泊松比v有以下关系：或)1(2)21(3EGEK)3(22339GKGKGGKKGE摩尔-库伦塑性模型需要材料参数有：（1）密度（2）体积模量（3）剪切模量（4）内摩擦角（5）粘聚力（6）抗拉强度如果不指定这些材料参数，其值将会自动默认为零。FLAC3D基础知识力学参数单位系统国际单位长度mmmcm密度应力NKNMNMdynes压力PaKPaMPaBar重力加速度刚度Pa/mKPa/mMPa/mBar/m36/10mkg3/mkg33/10mkg36/10mg2/sm2/sm2/sm2/scm注：PamNcmdynesbar5252610/10/101Pabarsatm510013.1013.11FLAC3D基础知识•粘聚力：是指由分子引力引起的物体中相同组成的各部分倾向于聚合在一起的一种力，对于岩石，粘聚力主要是由于岩石中相邻矿物颗粒表面上的分子互相直接吸引而成，在宏观上，粘聚力只代表岩石抗剪强度的一部分。一般来说，岩石在低应力时的粘聚力比较小，而高应力作用时粘聚力较大。岩石名称粘聚力（公斤/厘米2）花岗岩100～500石灰岩35～400砂岩40～400页岩20～300粘土岩约50火山凝灰岩约7几种常见岩石粘聚力FLAC3D基础知识•抗拉强度：是指试件在单向拉伸作用下发生破坏时的应力值。对于矿山岩石来说，抗拉强度比其抗压强度低。几种常见岩石的抗拉强度岩石种类抗拉强度（公斤/厘米2）细砂岩56～180中粒砂岩61～143粗砂岩55～119粉砂岩14～25砂砾岩29～99砾岩41～120砂质页岩40～121页岩28～55石灰岩79～141FLAC3D基础知识•内摩擦角：是岩石破坏时极限平衡剪切面上的正应力σ和内摩擦力（F）形成的合力（R），与该正应力之间形成的夹角。内摩擦角与岩石破坏角a的关系为φ=2a-90°。一般来说，内摩擦角越小，岩石的硬度越差。•几种常见岩石内摩擦角岩石名称内摩擦角φ（度）花岗岩45～60石灰岩35～50砂岩35～50页岩20～35FLAC3D基础知识•剪切模量：物体在弹性极限范围内受到剪切变形时，其剪切力t和剪应变r成正比，即：t=Gr，其中G为材料的弹性常数，称为剪切模量。•体积模量：又称体积压缩模量，体应变与三个主应力之间的关系为：•如果地下岩体处于静水应力状态，则以带入上式可得)(21321EvVVrH321KrHrHEvVV3)21(FLAC3D基础知识的计算循环图3DFLACFLAC3D基础知识二．FLAC3D中材料的本构模型1、FLAC3D内置材料本构模型2、FLAC3D常用材料本构模型2.1FLAC3D内置材料本构模型空单元模型（NullModel）空单元材料用于描述从模型中删除或开挖掉的部分。在模拟的后续阶段，空单元材料可以被转变成不同的材料模型。用这种方式，能够模拟回填开挖。在空单元区域内的所有应力被自动设置成零。2.2FLAC3D常用材料本构模型Mohr-Coulomb模型组合的破坏准则Mohr-Coulomb准则是张拉剪切组合的破坏准则。这个准则可以用图(1-2)解释。用Mohr-Coulomb破坏准则描绘从点A到点B破坏包络线，即用式张拉破坏准则描绘从B点到C点的包络线：式中，是摩擦角，C是粘聚力，是张拉强度，且有：张拉强度不超过值，最大值由下式给定：0tfNcNfs2310sfttf3tsin1sin1N3tanmaxct2.2FLAC3D常用材料本构模型Mohr-Coulomb模型流动法则2.2FLAC3D常用材料本构模型Mohr-Coulomb破坏准则图1-2Mohr-Coulomb破坏准则三.FLAC3D简单应用实例1、FLAC3D模型生成2、FLAC3D模型后处理模型流程图生成DEM3DFLAC模型数据EXCELEXCEL文件SURFERGRIDSURFERSURFER.DATFLAC.DATCOMANDDEM模型FLAC3.1FLAC3D模型生成钻孔柱状图3.1FLAC3D模型生成EXCEL文件3.1FLAC3D模型生成最终EXCEL文件3.1FLAC3D模型生成GRIDGRID3D效果图GRID平面图3.1FLAC3D模型生成SURFER.DAT3.1FLAC3D模型生成FLAC3D.DAT3.1FLAC3D模型生成模拟效果图3DFLAC3.1FLAC3D模型生成弹性模型材料参数3.2FLAC3D模型后处理Attach之前Attach之后3.2FLAC3D模型后处理摩尔模型材料参数3.2FLAC3D模型后处理设置边界条件3.2FLAC3D模型后处理模型开挖3.2FLAC3D模型后处理导出数据3.2FLAC3D模型后处理谢谢