FLAC 3D在土石坝地震反应分析中的应用

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利用FLAC3D分析某边坡地震稳定性

利用FLAC3D分析某边坡地震稳定性一、本文概述随着全球气候变化和人为活动的加剧，地震等自然灾害对人类社会和自然环境的影响日益显著。

边坡作为地壳表面的一种常见地貌形态，其稳定性对于防止地质灾害、保护人民生命财产安全具有重要意义。

FLAC3D作为一款广泛应用于岩土工程领域的数值模拟软件，其强大的三维有限差分计算能力使得它成为分析边坡地震稳定性的重要工具。

本文旨在利用FLAC3D软件，针对某一具体边坡进行地震稳定性分析，探讨其在不同地震动作用下的响应特征，以期为边坡工程的设计、施工和维护提供理论支持和决策依据。

本文首先将对FLAC3D软件的基本原理和计算方法进行简要介绍，阐述其在边坡稳定性分析中的适用性。

接着，结合某一具体边坡的实际情况，建立相应的数值模型，并设定不同等级的地震动作为输入条件。

通过数值模拟，分析边坡在地震作用下的变形、应力分布以及破坏模式，探究边坡的稳定性变化规律。

本文还将讨论不同影响因素，如边坡几何形态、材料性质、地震动强度等对边坡稳定性的影响，以期全面评估边坡的地震稳定性。

通过本文的研究，旨在深入了解FLAC3D在边坡地震稳定性分析中的应用，为边坡工程的安全设计和有效管理提供科学依据。

也为类似工程问题的研究提供参考和借鉴。

二、FLAC3D软件介绍FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions）是一款由Itasca公司开发的专门用于模拟岩土工程问题的三维显式有限差分程序。

该程序基于拉格朗日描述，能够模拟岩土体在复杂应力路径下的变形和流动行为。

由于其强大的计算能力和灵活的建模方式，FLAC3D在岩土工程领域得到了广泛的应用。

FLAC3D的核心优势在于其能够模拟岩土体的弹塑性行为、大变形、流动和破坏过程。

程序内置了多种本构模型，如Mohr-Coulomb 模型、Drucker-Prager模型等，这些模型能够准确描述岩土体的应力-应变关系。

FLAC数值模拟介绍

FLAC-3D(Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)是美国Itasca Consulting Goup lnc开发的三维快速拉格朗日分析程序, 该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时, 发生的破坏或塑性流动的力学行为, 特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形.FLAC3D分析的使用领域根据手册总结如下:(1) 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(11) 大变形材料分析: 用于研究粮仓谷物流动和放矿的矿石流动10种材料本构模型Flac3D中为岩土工程问题的求解开发了特有的本构模型, 总共包含了10种材料模型:(1) 开挖模型null(2) 3个弹性模型(各向同性, 横观各向同性和正交各向同性弹性模型)(3) 6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/软化遍布节理模型和修正的cam粘土模型).Flac3D网格中的每个区域可以给以不同的材料模型, 并且还允许指定材料参数的统计分布和变化梯度. 还包含了节理单元, 也称为界面单元, 能够模拟两种或多种材料界面不同材料性质的间断特性. 节理允许发生滑动或分离, 因此可以用来模拟岩体中的断层、节理或摩擦边界.FLAC3D中的网格生成器gen, 通过匹配、连接由网格生成器生成局部网格, 能够方便地生成所需要的三维结构网格. 还可以自动产生交岔结构网格(比如说相交的巷道), 三维网格由整体坐标系x, y, z系统所确定, 这就提供了比较灵活的产生和定义三维空间参数.五种计算模式(l) 静力模式:这是FLAC-3D默认模式, 通过动态松弛方法得静态解.(2) 动力模式:用户可以直接输人加速度、速度或应力波作为系统的边界条件或初始条件, 边界可以固定边界和自由边界. 动力计算可以与渗流问题相藕合.(3) 蠕变模式:有五种蠕变本构模型可供选择以模拟材料的应力-应变-时间关系:Maxwell模型、双指数模型、参考蠕变模型、粘塑性模型、脆盐模型. (4) 渗流模式:可以模拟地下水流、孔隙压力耗散以及可变形孔隙介质与其间的粘性流体的耦合. 渗流服从各向同性达西定律, 流体和孔隙介质均被看作可变形体. 考虑非稳定流, 将稳定流看作是非稳定流的特例. 边界条件可以是固定孔隙压力或恒定流, 可以模拟水源或深井. 渗流计算可以与静力、动力或温度计算耦合, 也可以单独计算.(5) 温度模式:可以模拟材料中的瞬态热传导以及温度应力. 温度计算可以与静力、动力或渗流计算藕合, 也可单独计算.模拟多种结构形式(l) 对于通常的岩体、土体或其他材料实体, 用八节点六面体单元模拟. (2) FIAC-3D包含有四种结构单元:梁单元、锚单元、桩单元、壳单元. 可用来模拟岩土工程中的人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩等.(3) FLAC-3D的网格中可以有界面, 这种界面将计算网格分割为若干部分, 界面两边的网格可以分离, 也可以发生滑动, 因此, 界面可以模拟节理、断层或虚拟的物理边界.有多种边界条件边界方位可以任意变化, 边界条件可以是速度边界、应力边界, 单元内部可以给定初始应力, 节点可以给定初始位移、速度等, 还可以给定地下水位以计算有效应力、所有给定量都可以具有空间梯度分布.FLAC-3D内嵌语言FISHFLAC-3D具有强大内嵌语言FISH, 使得用户可以定义新的变量或函数, 以适应用户的特殊需要, 例如, 利用HSH做以下事情:(l) 用户可以自定义材料的空间分布规律, 如非线性分布等.(2) 用户可以定义变量, 追踪其变化规律并绘图表示或打印输出.(3) 用户可以自己设计FLAC-3D内部没有的单元形态.(4) 在数值试验中可以进行伺服控制.(5) 用户可以指定特殊的边界条件.(6) 自动进行参数分析(7) 利用FLAC-3D内部定义的Fish变量或函数, 用户可以获得计算过程中节点、单元参数, 如坐标、位移、速度、材料参数、应力、应变、不平衡力等.FLAC-3D前后处理功能FLAC-3D具有强大的自动三维网格生成器, 内部定义了多种单元形态, 用户还可以利用FISH自定义单元形态, 通过组合基本单元, 可以生成非常复杂的三维网格, 比如交叉隧洞等.在计算过程中的任何时刻用户都可以用高分辨率的彩色或灰度图或数据文件输出结果, 以对结果进行实时分析, 图形可以表示网格、结构以及有关变量的等值线图、矢量图、曲线图等, 可以给出计算域的任意截面上的变量图或等直线图, 计算域可以旋转以从不同的角度观测计算结果.FLAC3D计算分析一般步骤与大多数程序采用数据输入方式不同, FLAC采用的是命令驱动方式. 命令字控制着程序的运行. 在必要时, 尤其是绘图, 还可以启动FLAc用户交互式图形界面. 为了建立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, 类似于FLAC的显式有限差分程序的问题求解. 与传统的隐式求解程序不同, FLAC采用一种显式的时间步来求解代数方程. 进行一系列计算步后达到问题的解.在FLAC中, 达到问题所需的计算步能够通过程序或用户加以控制, 但是, 用户必须确定计算步是否已经达到问题的最终的解.后处理(一) 用tecplot绘制曲线(1) 第一主应力(2) xdisp、ydisp、zdisp、disp(二) 用excel做曲线隧道(1) 做地表沉降槽(zdisp)(2) 地表横向位移(xdisp)(3) 隧道中线竖向沉降曲线(zdisp)(4) 提取位移矢量图,(5) 显示初期支护结构内力(6) 显示state(找塑性区)基坑(1) 做地表沉降槽(zdisp)(2) 提取位移矢量图,(3) 显示初期支护结构内力(4) 显示state(找塑性区)边坡(1) 做安全系数和应变图模型最优化用FLAC3D解决问题时, 为了得到最有效的分析使模型最优化是很重要的.(1) 检查模型运行时间:一个FLAC3D例子的运行时间是区域数的4/3倍. 这个规则适用于平衡条件下的弹性问题. 对于塑性问题, 运行时间会有点改变, 但是不会很大, 但是如果发生塑性流动, 这个时间将会大的多. 对一个具体模型检查自己机子的计算速度很重要. 一个简单的方法就是运行基准测试. 然后基于区域数的改变, 用这个速度评估具体模型的计算速度.(2) 影响运行时间的因素:FLAC3D有时会需要较长时间才可以收敛主要发生在下列情况下:(a)材料本身刚度变异或材料与结构及接触面之间的刚度差异很大.(b)划分的区域尺寸相差很大. 这些尺寸差异越大编码就越无效. 在做详细分析前应该研究刚度差异的影响. 例如, 一个荷载作用下的刚性板, 可以用一系列顶点固定的网格代替, 并施以等速度. (记住FIX命令确定速度, 而不是位移. )地下水的出现将使体积模量发生明显的增加(流体-固体相互作用).(3) 考虑网格划分的密度:FLAC3D使用常应变单元. 如果应力/应变曲线倾斜度比较高, 那么你将需要许多区域来代表多变的分区. 通过运行划分密度不同的同一个问题来检查影响. FLAC3D应用常应变区域, 因为当用多的少节点单元与用比较少的多节点单元模拟塑性流动时相比更准确.应尽可能保持网格, 尤其是重要区域网格的统一. 避免长细比大于5:1的细长单元, 并避免单元尺寸跳跃式变化(即应使用平滑的网格). 应用GENERATE命令中的比率关键词, 使细划分区域平滑过渡到粗划分区域.(4) 自动发现平衡状态:默认情况下, 当执行SOLVE 命令时, 系统将自动发现力的平衡. 当模型中所有网格顶点中所有力的平均量级与其中最大的不平衡力的量级的比率小于1*10时, 认为达到了平衡状态. 注意一个网格顶点的力由内力(例如, 由于重力)和外力(例如, 由于所加的应力边界条件)共同引起. 因为比率是没有尺寸的, 所以对于有不同的单元体系的模型, 在大多数情况下, 不平衡力和所加力比率的限制给静力平衡提供了一个精确的限制.同时还提供了其他的比率限制;可以用SET ratio 命令施加. 如果默认的比率限制不能为静力平衡提供一个足够精确的限制, 那么应考虑可供选择的比率限制. 默认的比率限制同样可用于热分析和流体分析的稳定状态求解. 对于热分析,是对不平衡热流量和所加的热流量量级进行评估, 而不是力. 对于流体分析,对不平衡流度和所加流度量级进行评估.(5) 考虑选择阻尼:对于静力分析, 默认的阻尼是局部阻尼, 对于消除大多数网格顶点的速度分量周期性为零时的动能很有效. 这是因为质量的调节过程依赖于速度的改变. 局部阻尼对于求解静力平衡是一个非常有效的计算法则且不会引入错误的阻尼力(见Cundall 1987).如果在求解最后状态, 重要区域的网格海域的速度分量不为零, 那么说明默认的阻尼对于达到平衡状态是不够的. 有另外一种形式的阻尼, 叫组合阻尼, 相比局部阻尼可以使稳定状态达到更好的收敛, 这时网格将发生明显的刚性移动. 例如, 求解轴向荷载作用下桩的承载力或模拟蠕变时都可能发生. 使用SETmechanical damp combined命令来调用组合阻尼. 组合阻尼对于减小动能方面不如局部阻尼有效, 所以应注意使系统的动力激发最小化. 可以用SETmechanical damp local命令转换到默认阻尼.(6) 检查模型反应:FLAC3D 显示了一个相试的物理系统是怎样变化的. 做一个简单的试验证明你在做你认为你在做的事情. 例如, 如果荷载和实体在几何尺寸上都是对称的, 当然反应也是对称的. 改变了模型以后, 执行几个时步(假如, 5或10步), 证明初始反应是正确的, 并且发生的位置是正确的. 对应力或位移的期望值做一个估计, 与FLAC3D 的输出结果作比较.如果你对模型施加了一个猛烈的冲击, 你将会得到猛烈的反应. 如果你对模型作了一些看起来不合理的事情, 你一定要等待奇怪的结果. 如果在分析的一个给定阶段, 得到了意外值, 那么回顾到这个阶段所用的时步.在进行模拟前很关键的是检查输出结果. 例如, 除了一个角点速度很大外, 一切都很合理, 那么在你理解原因前不要继续下去. 这种情况下, 你可能没有给定适当的网格边界.(7) 初始化变量:在模拟基坑开挖过程时, 在达到目的前通常要初始化网格顶点位移. 因为计算次序法则不要求位移, 所以可以初始化位移, 这只是由网格顶点的速度决定, 并有益于用户初始化速度却是一件难事. 如果设定网格顶点的速度为一常数, 那么这些点在设置否则前保持不变. 所以, 不要为了清除这些网格的速度而简单的初始化它们为零. . . 这将影响模拟结果. 然而, 有时设定速度为零是有用的(例如, 消除所有的动能).(8) 最小化静力分析的瞬时效应:对于连续性静力分析, 经过许多阶段逐步接近结果是很重要的. . . 即, 当问题条件突然改变时, 通过最小化瞬时波的影响, 使结果更加“静力”. 使FLAC3D 解决办法更加静态的方法有两种.(a) 当突然发生一个变化时(例如, 通过使区域值为零模拟开挖), 设定强度性能为很高的值以得到静力平衡. 然后为了确保不平衡力很低, 设定性能为真实值, 再计算, 这样, 由瞬时现象引起的失败就不会发生了.(b) 当移动材料时, 用FISH 函数或表格记录来逐步减少荷载.(9) 改变模型材料:FLAC3D 对一个模拟中所用的材料数没有限制. 这个准则已经尺寸化, 允许用户在自己所用版本的FLAC3D中最大尺寸网格的每个区域(假如设定的)使用不同的材料.(10) 运行在现场原位应力和重力作用下的问题:有很多问题在建模时需要考虑现场原位应力和重力的作用. 这种问题的一个例子是深层矿业开挖:回填. 此时大多数岩石受很高的原位应力区的影响(即, 自重应力由于网孔尺寸的限制可以忽略不计), 但是回填桩的放置使自重应力发展导致岩石在荷载作用下可能坍塌. 在这些模拟中要注意的重点(因为任何一种模拟都有重力的作用)是网格的至少三个点在空间上应固定. . . 否则, 整个网格在重力作用下将转动. 如果你曾经注意到整个网格在重力加速度矢量方向发生转动, 那么你可能忘记在空间上固定网格了.FLAC3D主要适明模拟计算地质材料和岩土上程的力学行为。

基于FLAC3D的均质土坝最佳坡度分析

５结语
ａ．采用坡度优化程序对坝体进行分析计算可提前了解坝体运行情况，并可使坝体在安全运
行的前提下有效减少工程量。若坡度优化不能满足安全要求就必须采取其他的加固措施。
ｂ．坡度优化程序可很好地解决一般放坡工程的坡度选择，该程序采用ＦＬＡＣ的内置语言ＦＩＳＨ编制，计算速度快，可评价坝坡、边坡的稳定性，也可用于该类工程的设计，还可根据需要调整程序供变坡度边坡工程应用。
４算例
狼猫山水库［６］位于山东省济南市历城区小清河支流巨野河上，１９５９年１１月兴建，历经四期扩建，于１９７７年投入运行。该坝为均质土坝，最大坝高３２．５ｍ，坝长５３０ｍ，坝顶高程１９２．５ｍ，坝顶宽７．５ｍ。
１９９１年１～８月降雨量累计达６７１．３ｍｍ，８月底坝体坝肩出现３条５～１１ｃｍ的纵向裂缝，下游出现滑坡，沿坝轴方向滑坡总长２７１ｍ，占坝长５１．１％，滑坡体最大高度２２．５ｍ，后果严重，具有代表性的桩号０＋１４０弧形滑坡断面见图２。１９８４年９月～１９８７年９月进行钻孑Ｌ取样，发现坝体干密度低、沉陷量大、内摩擦角小、粘聚力低等，
５５—５８
ＳｌｏｐｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓＥａｒｔｈＤａｍＢａｓｅｄｏｎＦＬＡＣ３Ｄ
ＦＵＨａｉｈｕａＬＩＤｅｍｉｎｇＬＩＵＨａｉｊｕｎ（ＳｈａｎｄｏｎｇＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ．Ｊｉｎａｎ２５００１４。Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｉｍｉｎｇａｔＦＬＡＣ３０ｃａｎｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒｅｘｐｅｄｉｅｎｔｌｙ。ｕｓｅｉｔｓｉｎｔｅｒｎａｌＦＩＳＨｌａｎｇｕａｇｅｔＯａｄｖａｎｃｅｔｈｅｓｅｃｏｎｄｅｘｐｌｏｉｔ．ｐｒｏｇｒａｍｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｌｏｐｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｅａｒｔｈｄａｍ。ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｆｕｌｔｏｔｈｅｄｅｃｉｓｉｏｎｏｆｓａｆｅａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｓｌｏｐｅｉｎｓｌｏｐｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｉｔｗａｓｅｘｐｌａｉｎｅｄｉｎｄｅｔａｉｌａｂｏｕｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄ。ｃｒｉｔｅｒｉｏｎａｎｄｐｒｏｇｒａｍｓｒｅ— ａｌｉｚａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｉｎｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＦＬＡＣ”．ＡｎｅｘａｍｐｌｅｗａｓｕｓｅｄｔＯｓｈｏｗｈｏｗｔＯｕｓｅｔｈｅｐｒｏｇｒａｍａｎｄ

基于FLAC_3D_软件的土石坝应力应变分析

文章编号:1009-6825(2011)07-0236-02基于F L A C 3D软件的土石坝应力应变分析收稿日期:2010-11-13作者简介:孙展杰(1983-),男,助理工程师,塔里木河流域管理局,新疆库尔勒　841000孙　倩(1987-),女,塔里木河流域管理局,新疆库尔勒　841000孙展杰　孙　倩摘　要:利用有限差分计算分析软件F L A C 3D对某土石坝坝体进行了应力与变形非线性有限差分计算,得到坝体在施工期与稳定蓄水期的应力与变形值,计算结果表明,在现有可能不利条件下,该坝坝体、坝基及复合土工膜的应力变形均在合理可控范围之内,大坝结构安全能够满足要求。

关键词:F L A C 3D软件,土石坝,非线性有限差分,应力应变分析中图分类号:T V 312文献标识码:A1　概述土石坝是世界上最古老、应用最广的一种坝型,具有就地取材、结构简单、施工方便等优点。

但是由于土石料性质极其复杂,使土石坝在计算中的应力、位移和实际中的应力、位移相符合尚有一定的难度。

随着计算机技术的发展和广泛应用,各种数值分析方法开始应用到岩土工程中来,其中有限单元法因为其对边界条件的适应性以及能很好的模拟各种土的本构关系,使其在岩土工程计算中得到广泛的应用。

F L A C 3D(F a s t L a g r a n g i a n A n a l y s i s o f C o n t i n u a ,连续介质快速拉格朗日分析)是由C u n d a l l 和美国I T A S C A 公司开发出的有限差分数值计算程序,主要适用于地质和岩土工程的力学分析。

该程序自1986年问世后,经不断改版,已经日趋完善。

前国际岩石力学学会主席C .F a i r h u r s t 评价它:“现在它是国际上广泛应用的可靠程序”[1]。

F L A C 程序中提供了由空模型、弹性模型和塑性模型组成的10种基本的本构关系模型,所有模型都能通过相同的迭代数值计算格式得到解决:给定前一步的应力条件和当前步的整体应变增量,能够计算出对应的应变增量和新的应力条件。

基于FLAC 3D软件的土石坝应力应变分析

０条件的适应性以及能很好的模拟各种土的本构关系，使其在岩土０＋８０段坝体设计为复合土工膜心墙砂砾石堆石坝。土工膜心墙材料采用两布一膜、厚度为０５ｉ的复合土工膜，ｚ字形．０ｍｌｌ以“ ” 工程计算中得到广泛的应用。ｚ字形变幅宽度为０５ｍ，．ＦＡ（ａｔａｒｎｉｎｌｉｏｏｔｕ，ＬＣＦｓＬｇａｇｎＡａｓｆｎｉａ连续介质快速拉垂直布置于坝轴线。心墙复合土工膜 “ ” ａｙｓＣｎ５，０ｃ格朗１分析）由Ｃｎａ和美国ＩＡＣ３是ｕｄｌｌＴＳＡ公司开发出的有限差分膜的上升角度为４。两侧设置３ｍ厚的中粗砂保护层。下坝
期和正常蓄水期工况下的应力应变特性，为水库的运行提供了必
２工程概况
某拦河坝式渠首工程，用双坝式结构，采由上坝和下坝组成，要的可控参数。村小型水利工程在农村经济发展中的重要作用。各级政府要建强人员的培训，搞好农村小型水利工程建设贡献自己的力量，为为建设社会主义新农村而努力奋斗。参考文献：［］中国农村水利水电，０８２：１２Ｊ．２０（）３－．３科技，０６２）７．．２０（１：８７９［］杨平富．村小型水利基础设施建设与管理的思路［］水４农Ｊ．利科技与经济，０６１（）２．２０，２６：１

用FLAC-3D进行土质高边坡稳定性分析

成，位移矢量偏转也不大，说明边坡均保持稳定，此时相应的简化毕肖普法计算结果为Ｆｓ＝１．２６５和
１．２０６，说明了模拟结果的合理。在求解的动态观察
过程中，发现形成一些零散的剪切屈服带，但随着求解过程向平衡状态的逼近，又逐渐全部消失，这是由
于在开挖过程中，坡体的应力状态在不断地调整和重新分布，原先由于剪力作用而形成的破坏和裂缝
参考文献(4条) 1.赵明阶;何光春边坡工程处治技术 2003 2.沈珠江计算土力学 1990 3.赵树得土力学 2001 4.陈祖煜土质边坡稳定性分析 2002
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FLAC数值模拟介绍

FLAC-3D(Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)是美国Itasca Consulting Goup lnc开发的三维快速拉格朗日分析程序, 该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时, 发生的破坏或塑性流动的力学行为, 特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形.FLAC3D分析的使用领域根据手册总结如下:(1) 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(11) 大变形材料分析: 用于研究粮仓谷物流动和放矿的矿石流动10种材料本构模型Flac3D中为岩土工程问题的求解开发了特有的本构模型, 总共包含了10种材料模型:(1) 开挖模型null(2) 3个弹性模型(各向同性, 横观各向同性和正交各向同性弹性模型)(3) 6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/软化遍布节理模型和修正的cam粘土模型).Flac3D网格中的每个区域可以给以不同的材料模型, 并且还允许指定材料参数的统计分布和变化梯度. 还包含了节理单元, 也称为界面单元, 能够模拟两种或多种材料界面不同材料性质的间断特性. 节理允许发生滑动或分离, 因此可以用来模拟岩体中的断层、节理或摩擦边界.FLAC3D中的网格生成器gen, 通过匹配、连接由网格生成器生成局部网格, 能够方便地生成所需要的三维结构网格. 还可以自动产生交岔结构网格(比如说相交的巷道), 三维网格由整体坐标系x, y, z系统所确定, 这就提供了比较灵活的产生和定义三维空间参数.五种计算模式(l) 静力模式:这是FLAC-3D默认模式, 通过动态松弛方法得静态解.(2) 动力模式:用户可以直接输人加速度、速度或应力波作为系统的边界条件或初始条件, 边界可以固定边界和自由边界. 动力计算可以与渗流问题相藕合.(3) 蠕变模式:有五种蠕变本构模型可供选择以模拟材料的应力-应变-时间关系:Maxwell模型、双指数模型、参考蠕变模型、粘塑性模型、脆盐模型. (4) 渗流模式:可以模拟地下水流、孔隙压力耗散以及可变形孔隙介质与其间的粘性流体的耦合. 渗流服从各向同性达西定律, 流体和孔隙介质均被看作可变形体. 考虑非稳定流, 将稳定流看作是非稳定流的特例. 边界条件可以是固定孔隙压力或恒定流, 可以模拟水源或深井. 渗流计算可以与静力、动力或温度计算耦合, 也可以单独计算.(5) 温度模式:可以模拟材料中的瞬态热传导以及温度应力. 温度计算可以与静力、动力或渗流计算藕合, 也可单独计算.模拟多种结构形式(l) 对于通常的岩体、土体或其他材料实体, 用八节点六面体单元模拟. (2) FIAC-3D包含有四种结构单元:梁单元、锚单元、桩单元、壳单元. 可用来模拟岩土工程中的人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩等.(3) FLAC-3D的网格中可以有界面, 这种界面将计算网格分割为若干部分, 界面两边的网格可以分离, 也可以发生滑动, 因此, 界面可以模拟节理、断层或虚拟的物理边界.有多种边界条件边界方位可以任意变化, 边界条件可以是速度边界、应力边界, 单元部可以给定初始应力, 节点可以给定初始位移、速度等, 还可以给定地下水位以计算有效应力、所有给定量都可以具有空间梯度分布.FLAC-3D嵌语言FISHFLAC-3D具有强大嵌语言FISH, 使得用户可以定义新的变量或函数, 以适应用户的特殊需要, 例如, 利用HSH做以下事情:(l) 用户可以自定义材料的空间分布规律, 如非线性分布等.(2) 用户可以定义变量, 追踪其变化规律并绘图表示或打印输出.(3) 用户可以自己设计FLAC-3D部没有的单元形态.(4) 在数值试验中可以进行伺服控制.(5) 用户可以指定特殊的边界条件.(6) 自动进行参数分析(7) 利用FLAC-3D部定义的Fish变量或函数, 用户可以获得计算过程中节点、单元参数, 如坐标、位移、速度、材料参数、应力、应变、不平衡力等.FLAC-3D前后处理功能FLAC-3D具有强大的自动三维网格生成器, 部定义了多种单元形态, 用户还可以利用FISH自定义单元形态, 通过组合基本单元, 可以生成非常复杂的三维网格, 比如交叉隧洞等.在计算过程中的任何时刻用户都可以用高分辨率的彩色或灰度图或数据文件输出结果, 以对结果进行实时分析, 图形可以表示网格、结构以及有关变量的等值线图、矢量图、曲线图等, 可以给出计算域的任意截面上的变量图或等直线图, 计算域可以旋转以从不同的角度观测计算结果.FLAC3D计算分析一般步骤与大多数程序采用数据输入方式不同, FLAC采用的是命令驱动方式. 命令字控制着程序的运行. 在必要时, 尤其是绘图, 还可以启动FLAc用户交互式图形界面. 为了建立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, 类似于FLAC的显式有限差分程序的问题求解. 与传统的隐式求解程序不同, FLAC采用一种显式的时间步来求解代数方程. 进行一系列计算步后达到问题的解.在FLAC中, 达到问题所需的计算步能够通过程序或用户加以控制, 但是, 用户必须确定计算步是否已经达到问题的最终的解.后处理(一) 用tecplot绘制曲线(1) 第一主应力(2) xdisp、ydisp、zdisp、disp(二) 用excel做曲线隧道(1) 做地表沉降槽(zdisp)(2) 地表横向位移(xdisp)(3) 隧道中线竖向沉降曲线(zdisp)(4) 提取位移矢量图,(5) 显示初期支护结构力(6) 显示state(找塑性区)基坑(1) 做地表沉降槽(zdisp)(2) 提取位移矢量图,(3) 显示初期支护结构力(4) 显示state(找塑性区)边坡(1) 做安全系数和应变图模型最优化用FLAC3D解决问题时, 为了得到最有效的分析使模型最优化是很重要的.(1) 检查模型运行时间:一个FLAC3D例子的运行时间是区域数的4/3倍. 这个规则适用于平衡条件下的弹性问题. 对于塑性问题, 运行时间会有点改变, 但是不会很大, 但是如果发生塑性流动, 这个时间将会大的多. 对一个具体模型检查自己机子的计算速度很重要. 一个简单的方法就是运行基准测试. 然后基于区域数的改变, 用这个速度评估具体模型的计算速度.(2) 影响运行时间的因素:FLAC3D有时会需要较长时间才可以收敛主要发生在下列情况下:(a)材料本身刚度变异或材料与结构及接触面之间的刚度差异很大.(b)划分的区域尺寸相差很大. 这些尺寸差异越大编码就越无效. 在做详细分析前应该研究刚度差异的影响. 例如, 一个荷载作用下的刚性板, 可以用一系列顶点固定的网格代替, 并施以等速度. (记住FIX命令确定速度, 而不是位移. )地下水的出现将使体积模量发生明显的增加(流体-固体相互作用).(3) 考虑网格划分的密度:FLAC3D使用常应变单元. 如果应力/应变曲线倾斜度比较高, 那么你将需要许多区域来代表多变的分区. 通过运行划分密度不同的同一个问题来检查影响. FLAC3D应用常应变区域, 因为当用多的少节点单元与用比较少的多节点单元模拟塑性流动时相比更准确.应尽可能保持网格, 尤其是重要区域网格的统一. 避免长细比大于5:1的细长单元, 并避免单元尺寸跳跃式变化(即应使用平滑的网格). 应用GENERATE命令中的比率关键词, 使细划分区域平滑过渡到粗划分区域.(4) 自动发现平衡状态:默认情况下, 当执行SOLVE 命令时, 系统将自动发现力的平衡. 当模型中所有网格顶点中所有力的平均量级与其中最大的不平衡力的量级的比率小于1*10时, 认为达到了平衡状态. 注意一个网格顶点的力由力(例如, 由于重力)和外力(例如, 由于所加的应力边界条件)共同引起. 因为比率是没有尺寸的, 所以对于有不同的单元体系的模型, 在大多数情况下, 不平衡力和所加力比率的限制给静力平衡提供了一个精确的限制.同时还提供了其他的比率限制;可以用SET ratio 命令施加. 如果默认的比率限制不能为静力平衡提供一个足够精确的限制, 那么应考虑可供选择的比率限制. 默认的比率限制同样可用于热分析和流体分析的稳定状态求解. 对于热分析,是对不平衡热流量和所加的热流量量级进行评估, 而不是力. 对于流体分析,对不平衡流度和所加流度量级进行评估.(5) 考虑选择阻尼:对于静力分析, 默认的阻尼是局部阻尼, 对于消除大多数网格顶点的速度分量周期性为零时的动能很有效. 这是因为质量的调节过程依赖于速度的改变. 局部阻尼对于求解静力平衡是一个非常有效的计算法则且不会引入错误的阻尼力(见Cundall 1987).如果在求解最后状态, 重要区域的网格海域的速度分量不为零, 那么说明默认的阻尼对于达到平衡状态是不够的. 有另外一种形式的阻尼, 叫组合阻尼, 相比局部阻尼可以使稳定状态达到更好的收敛, 这时网格将发生明显的刚性移动. 例如, 求解轴向荷载作用下桩的承载力或模拟蠕变时都可能发生. 使用SETmechanical damp combined命令来调用组合阻尼. 组合阻尼对于减小动能方面不如局部阻尼有效, 所以应注意使系统的动力激发最小化. 可以用SETmechanical damp local命令转换到默认阻尼.(6) 检查模型反应:FLAC3D 显示了一个相试的物理系统是怎样变化的. 做一个简单的试验证明你在做你认为你在做的事情. 例如, 如果荷载和实体在几何尺寸上都是对称的, 当然反应也是对称的. 改变了模型以后, 执行几个时步(假如, 5或10步), 证明初始反应是正确的, 并且发生的位置是正确的. 对应力或位移的期望值做一个估计, 与FLAC3D 的输出结果作比较.如果你对模型施加了一个猛烈的冲击, 你将会得到猛烈的反应. 如果你对模型作了一些看起来不合理的事情, 你一定要等待奇怪的结果. 如果在分析的一个给定阶段, 得到了意外值, 那么回顾到这个阶段所用的时步.在进行模拟前很关键的是检查输出结果. 例如, 除了一个角点速度很大外, 一切都很合理, 那么在你理解原因前不要继续下去. 这种情况下, 你可能没有给定适当的网格边界.(7) 初始化变量:在模拟基坑开挖过程时, 在达到目的前通常要初始化网格顶点位移. 因为计算次序法则不要求位移, 所以可以初始化位移, 这只是由网格顶点的速度决定, 并有益于用户初始化速度却是一件难事. 如果设定网格顶点的速度为一常数, 那么这些点在设置否则前保持不变. 所以, 不要为了清除这些网格的速度而简单的初始化它们为零. . . 这将影响模拟结果. 然而, 有时设定速度为零是有用的(例如, 消除所有的动能).(8) 最小化静力分析的瞬时效应:对于连续性静力分析, 经过许多阶段逐步接近结果是很重要的. . . 即, 当问题条件突然改变时, 通过最小化瞬时波的影响, 使结果更加“静力”. 使FLAC3D 解决办法更加静态的方法有两种.(a) 当突然发生一个变化时(例如, 通过使区域值为零模拟开挖), 设定强度性能为很高的值以得到静力平衡. 然后为了确保不平衡力很低, 设定性能为真实值, 再计算, 这样, 由瞬时现象引起的失败就不会发生了.(b) 当移动材料时, 用FISH 函数或表格记录来逐步减少荷载.(9) 改变模型材料:FLAC3D 对一个模拟中所用的材料数没有限制. 这个准则已经尺寸化, 允许用户在自己所用版本的FLAC3D中最大尺寸网格的每个区域(假如设定的)使用不同的材料.(10) 运行在现场原位应力和重力作用下的问题:有很多问题在建模时需要考虑现场原位应力和重力的作用. 这种问题的一个例子是深层矿业开挖:回填. 此时大多数岩石受很高的原位应力区的影响(即, 自重应力由于网孔尺寸的限制可以忽略不计), 但是回填桩的放置使自重应力发展导致岩石在荷载作用下可能坍塌. 在这些模拟中要注意的重点(因为任何一种模拟都有重力的作用)是网格的至少三个点在空间上应固定. . . 否则, 整个网格在重力作用下将转动. 如果你曾经注意到整个网格在重力加速度矢量方向发生转动, 那么你可能忘记在空间上固定网格了.FLAC3D主要适明模拟计算地质材料和岩土上程的力学行为。

基于FLAC3D的地震作用下某水库边坡稳定性分析

基于FLAC3D的地震作用下某水库边坡稳定性分析引言：地震是指地球内部发生的震动现象，是地球与外部环境相互作用的结果。

地震会对土体结构产生一系列的破坏和变形，从而对工程结构的稳定性产生重要影响。

在一些重要的水库边坡工程中，地震作用是必须考虑的因素，因为地震可能导致边坡的滑动、变形和破坏，进而引发洪水、泥石流等次生灾害。

一、地震引起的边坡稳定性问题：由于边坡通常由土体组成，随着地震的发生，震波会作用于土体内部，导致剪切和位移的发生。

这些变形和破坏将导致边坡的失稳。

地震引起的边坡稳定性问题主要表现在以下几个方面：1.动力荷载：地震产生的地动荷载是边坡稳定性分析的主要荷载。

地动荷载是由于地震产生的震波作用于边坡土体而引起的。

2.土体破坏：地震会导致土体内部的剪切破坏。

边坡的土体可能因地震而发生失稳，导致滑坡、崩塌等深层破坏。

3.地基液化：一些地震强度较大的地区，地震引起的地基液化现象会严重影响边坡的稳定性。

土体的液化将导致边坡失去支撑能力。

二、FLAC3D模拟地震作用下的边坡稳定性：FLAC3D是一个三维数值分析程序，用于模拟地下结构和土体的行为。

它基于有限差分法和剪切塑性理论，可以模拟边坡的变形和破坏情况。

1.地震波输入：在FLAC3D中，可以通过定义地震波作为输入，来模拟地震引起的地动荷载。

通过合理选择地震波参数，如PGA（峰值加速度）、PGV（峰值速度）等，可以对边坡进行有限差分模拟分析。

2.材料参数：在FLAC3D中，可以设置土体的材料参数，如弹性模量、剪切模量、摩擦角等，来模拟地震引起的土体破坏。

这些材料参数是根据实际场地勘察和试验得出的，可以根据实际情况进行调整。

3.边界条件：在FLAC3D中，可以设置相应的边界条件，如边坡顶部、底部和侧面的约束条件，来模拟边坡在地震作用下的变形和破坏。

通过合理设置边界条件，可以模拟边坡在地震作用下的变形和破坏情况。

三、案例分析：以水库边坡为例，进行地震作用下的边坡稳定性分析。

利用FLAC_3D_分析某边坡地震稳定性

输入以及转化动力时程，为地质体选取合理的阻尼。在此基础上，对该边坡进行了详细的动力分析。结果表明，
在地震作用下，边坡会发生一定的永久位移，因此，工程上应慎重考虑。利用 FLAC3D 对边坡进行动力分析的文
献较为鲜见，该方法为利用 FLAC3D 解决边坡动力问题提供了范例。
关键词数值分析，边坡，地震稳定性分析，FLAC3D
图 3 人工合成的加速度时程 Fig.3 Acceleration series created by artificial method
对加速度时程做谱分析，其振幅谱参见图 4。从图上可以看出，地震的卓越频率为 5 Hz，95%以
上的能量集中在 15 Hz 范围内。
0.20
振幅/m
0.10
0.00 －0.10
引入土体的动力反应分析的是 Clough 和 Chopra (1966)[3]。20 世纪 70 年代以来，有限单元法已经广泛地应用于土体的动力分析中。近年来，拉格朗日元由于能解决大变形问题而倍受青睐，美国 Itasca 公司推出的 FLAC3D 能够很好地用以进行动力分析[4]。
利用 FLAC3D 进行边坡动力分析的文献鲜见报道。本文利用 FLAC3D 对一边坡地震稳定性进行了研究。文中讨论了对于边坡动力问题边界条件的设置、边坡阻尼的选取、场地人工地震波的合成及输入等关键问题，为将 FLAC3D 用以解决边坡动力问题提供了范例。
Beijing 100029 China) (3Geological Engineering Department，Chang′an University， Xi′an 710054 China)
Abstract The stability analysis of slope under earthquake is made with FLAC3D in this paper. The problems about boundary conditions，dynamic time series，and rational damping for geological body are discussed. The

基于FLAC 3D的边坡地震稳定性及参数分析

青海交通科技2020—5基于FLAC3D的边坡地震稳定性及参数分析张力(广西交科集团有限公司南宁530000)摘要本文基于FLAC3D有限差分软件，建立了单向边坡模型，通过文献对比，验证了本文模型的准确性。

采用2000年South Iceland地震加速度时程曲线作为地震荷载，研究了地震加速度峰值对边坡动力响应和边坡破裂面的影响，同时分析了坡面形状、边坡高度和边坡角度三个几何参数对边坡不同位置地震PGA放大系数的影响。

结果表明：地震作用下，边坡坡脚位置首先生成破裂面，然后裂缝逐渐向坡顶位置扩展。

坡面形状对坡面地震响应的影响显著，相同加速度峰值下，凹形坡和内折坡更安全。

边坡高度对边坡顶部平台的放大系数影响显著，边坡角度的变化对放大系数影响不明显#关键词边坡FLAC3D地震响应几何参数South Iceland地震波Seismic stability and parameter analysis of slope based on FLAC3DLi Zhong(Guangxi transportation science and technology group Co.#Ltd.Nanning530000#China)Based on FLAC3D finite dtference softwara#A one-way slope model was established.The accuracy of the mode was verified through literatura comparison.The time一history curve of the2000South Iceland eerthquake acceleration was used as the seismic load1u study the effeci of the amplitude of eerthquake acceleration on the dynamie response of the slope and the formation of slope fracture.At the same time,the influence of three gometrie parameWry,slope shape,slope height and slope angk,on the seismic PGA amplification factor at diffey-ent positions ot the slope wera analyzed.The results show that the crack is generated at tte foot of the edge slope, and then the crack gradut l y expands It the top of the slope undea the seismic.The shape of the slope has a signm-eantontoueneeon theseosmoeaesponseotthesoope.Coneavesoopeand ontoodongsoopeaaesateathan otheatypesot slopes.The slope height has a significent influence on tae amplincation factor of the top platorm of the slope,while the slope Angle has no signifmynt influence on tOe PGA amplification factoaKey;(%1Slope;FLAC3D；Espons ot earthquake;ParameWry ot geometwc；Seismic waves ot South ceeoand0引言我国地理位置位于太平洋及亚欧地震活跃带之间，属于地震频发国家，据统计我国一年中发生三级以上地震超过400次,地震的发生使人民财产及生命安全受到了严重的损害。

FLAC数值模拟介绍

F L A C数值模拟介绍 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UTFLAC-3D(ThreeDimensionalFastLagrangianAnalysisofContinua)是美国ItascaConsultingGouplnc开发的三维快速拉格朗日分析程序,该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时,发生的破坏或塑性流动的力学行为,特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形.FLAC3D分析的使用领域根据手册总结如下:(1)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(11)大变形材料分析:用于研究粮仓谷物流动和放矿的矿石流动10种材料本构模型Flac3D中为岩土工程问题的求解开发了特有的本构模型,总共包含了10种材料模型:(1)开挖模型null(2)3个弹性模型(各向同性,横观各向同性和正交各向同性弹性模型)(3)6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/软化遍布节理模型和修正的cam粘土模型).Flac3D网格中的每个区域可以给以不同的材料模型,并且还允许指定材料参数的统计分布和变化梯度.还包含了节理单元,也称为界面单元,能够模拟两种或多种材料界面不同材料性质的间断特性.节理允许发生滑动或分离,因此可以用来模拟岩体中的断层、节理或摩擦边界.FLAC3D中的网格生成器gen,通过匹配、连接由网格生成器生成局部网格,能够方便地生成所需要的三维结构网格.还可以自动产生交岔结构网格(比如说相交的巷道),三维网格由整体坐标系x,y,z系统所确定,这就提供了比较灵活的产生和定义三维空间参数.五种计算模式(l)静力模式:这是FLAC-3D默认模式,通过动态松弛方法得静态解.(2)动力模式:用户可以直接输人加速度、速度或应力波作为系统的边界条件或初始条件,边界可以固定边界和自由边界.动力计算可以与渗流问题相藕合. (3)蠕变模式:有五种蠕变本构模型可供选择以模拟材料的应力-应变-时间关系:Maxwell模型、双指数模型、参考蠕变模型、粘塑性模型、脆盐模型. (4)渗流模式:可以模拟地下水流、孔隙压力耗散以及可变形孔隙介质与其间的粘性流体的耦合.渗流服从各向同性达西定律,流体和孔隙介质均被看作可变形体.考虑非稳定流,将稳定流看作是非稳定流的特例.边界条件可以是固定孔隙压力或恒定流,可以模拟水源或深井.渗流计算可以与静力、动力或温度计算耦合,也可以单独计算.(5)温度模式:可以模拟材料中的瞬态热传导以及温度应力.温度计算可以与静力、动力或渗流计算藕合,也可单独计算.模拟多种结构形式(l)对于通常的岩体、土体或其他材料实体,用八节点六面体单元模拟.(2)FIAC-3D包含有四种结构单元:梁单元、锚单元、桩单元、壳单元.可用来模拟岩土工程中的人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩等.(3)FLAC-3D的网格中可以有界面,这种界面将计算网格分割为若干部分,界面两边的网格可以分离,也可以发生滑动,因此,界面可以模拟节理、断层或虚拟的物理边界.有多种边界条件边界方位可以任意变化,边界条件可以是速度边界、应力边界,单元内部可以给定初始应力,节点可以给定初始位移、速度等,还可以给定地下水位以计算有效应力、所有给定量都可以具有空间梯度分布.FLAC-3D内嵌语言FISHFLAC-3D具有强大内嵌语言FISH,使得用户可以定义新的变量或函数,以适应用户的特殊需要,例如,利用HSH做以下事情:(l)用户可以自定义材料的空间分布规律,如非线性分布等.(2)用户可以定义变量,追踪其变化规律并绘图表示或打印输出.(3)用户可以自己设计FLAC-3D内部没有的单元形态.(4)在数值试验中可以进行伺服控制.(5)用户可以指定特殊的边界条件.(6)自动进行参数分析(7)利用FLAC-3D内部定义的Fish变量或函数,用户可以获得计算过程中节点、单元参数,如坐标、位移、速度、材料参数、应力、应变、不平衡力等.FLAC-3D前后处理功能FLAC-3D具有强大的自动三维网格生成器,内部定义了多种单元形态,用户还可以利用FISH自定义单元形态,通过组合基本单元,可以生成非常复杂的三维网格,比如交叉隧洞等.在计算过程中的任何时刻用户都可以用高分辨率的彩色或灰度图或数据文件输出结果,以对结果进行实时分析,图形可以表示网格、结构以及有关变量的等值线图、矢量图、曲线图等,可以给出计算域的任意截面上的变量图或等直线图,计算域可以旋转以从不同的角度观测计算结果.FLAC3D计算分析一般步骤与大多数程序采用数据输入方式不同,FLAC采用的是命令驱动方式.命令字控制着程序的运行.在必要时,尤其是绘图,还可以启动FLAc用户交互式图形界面.为了建立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,类似于FLAC 的显式有限差分程序的问题求解.与传统的隐式求解程序不同,FLAC采用一种显式的时间步来求解代数方程.进行一系列计算步后达到问题的解.在FLAC中,达到问题所需的计算步能够通过程序或用户加以控制,但是,用户必须确定计算步是否已经达到问题的最终的解.后处理(一)用tecplot绘制曲线(1)第一主应力(2)xdisp、ydisp、zdisp、disp(二)用excel做曲线隧道(1)做地表沉降槽(zdisp)(2)地表横向位移(xdisp)(3)隧道中线竖向沉降曲线(zdisp)(4)提取位移矢量图,(5)显示初期支护结构内力(6)显示state(找塑性区)基坑(1)做地表沉降槽(zdisp)(2)提取位移矢量图,(3)显示初期支护结构内力(4)显示state(找塑性区)边坡(1)做安全系数和应变图模型最优化用FLAC3D解决问题时,为了得到最有效的分析使模型最优化是很重要的.(1)检查模型运行时间:一个FLAC3D例子的运行时间是区域数的4/3倍.这个规则适用于平衡条件下的弹性问题.对于塑性问题,运行时间会有点改变,但是不会很大,但是如果发生塑性流动,这个时间将会大的多.对一个具体模型检查自己机子的计算速度很重要.一个简单的方法就是运行基准测试.然后基于区域数的改变,用这个速度评估具体模型的计算速度.(2)影响运行时间的因素:FLAC3D有时会需要较长时间才可以收敛主要发生在下列情况下:(a)材料本身刚度变异或材料与结构及接触面之间的刚度差异很大.(b)划分的区域尺寸相差很大.这些尺寸差异越大编码就越无效.在做详细分析前应该研究刚度差异的影响.例如,一个荷载作用下的刚性板,可以用一系列顶点固定的网格代替,并施以等速度.(记住FIX命令确定速度,而不是位移.)地下水的出现将使体积模量发生明显的增加(流体-固体相互作用).(3)考虑网格划分的密度:FLAC3D使用常应变单元.如果应力/应变曲线倾斜度比较高,那么你将需要许多区域来代表多变的分区.通过运行划分密度不同的同一个问题来检查影响.FLAC3D应用常应变区域,因为当用多的少节点单元与用比较少的多节点单元模拟塑性流动时相比更准确.应尽可能保持网格,尤其是重要区域网格的统一.避免长细比大于5:1的细长单元,并避免单元尺寸跳跃式变化(即应使用平滑的网格).应用GENERATE命令中的比率关键词,使细划分区域平滑过渡到粗划分区域.(4)自动发现平衡状态:默认情况下,当执行SOLVE命令时,系统将自动发现力的平衡.当模型中所有网格顶点中所有力的平均量级与其中最大的不平衡力的量级的比率小于1*10时,认为达到了平衡状态.注意一个网格顶点的力由内力(例如,由于重力)和外力(例如,由于所加的应力边界条件)共同引起.因为比率是没有尺寸的,所以对于有不同的单元体系的模型,在大多数情况下,不平衡力和所加力比率的限制给静力平衡提供了一个精确的限制.同时还提供了其他的比率限制;可以用SETratio命令施加.如果默认的比率限制不能为静力平衡提供一个足够精确的限制,那么应考虑可供选择的比率限制. 默认的比率限制同样可用于热分析和流体分析的稳定状态求解.对于热分析,是对不平衡热流量和所加的热流量量级进行评估,而不是力.对于流体分析,对不平衡流度和所加流度量级进行评估.(5)考虑选择阻尼:对于静力分析,默认的阻尼是局部阻尼,对于消除大多数网格顶点的速度分量周期性为零时的动能很有效.这是因为质量的调节过程依赖于速度的改变.局部阻尼对于求解静力平衡是一个非常有效的计算法则且不会引入错误的阻尼力(见Cundall1987).如果在求解最后状态,重要区域的网格海域的速度分量不为零,那么说明默认的阻尼对于达到平衡状态是不够的.有另外一种形式的阻尼,叫组合阻尼,相比局部阻尼可以使稳定状态达到更好的收敛,这时网格将发生明显的刚性移动.例如,求解轴向荷载作用下桩的承载力或模拟蠕变时都可能发生.使用SETmechanicaldampcombined命令来调用组合阻尼.组合阻尼对于减小动能方面不如局部阻尼有效,所以应注意使系统的动力激发最小化.可以用SETmechanicaldamplocal命令转换到默认阻尼.(6)检查模型反应:FLAC3D显示了一个相试的物理系统是怎样变化的.做一个简单的试验证明你在做你认为你在做的事情.例如,如果荷载和实体在几何尺寸上都是对称的,当然反应也是对称的.改变了模型以后,执行几个时步(假如,5或10步),证明初始反应是正确的,并且发生的位置是正确的.对应力或位移的期望值做一个估计,与FLAC3D的输出结果作比较.如果你对模型施加了一个猛烈的冲击,你将会得到猛烈的反应.如果你对模型作了一些看起来不合理的事情,你一定要等待奇怪的结果.如果在分析的一个给定阶段,得到了意外值,那么回顾到这个阶段所用的时步.在进行模拟前很关键的是检查输出结果.例如,除了一个角点速度很大外,一切都很合理,那么在你理解原因前不要继续下去.这种情况下,你可能没有给定适当的网格边界.(7)初始化变量:在模拟基坑开挖过程时,在达到目的前通常要初始化网格顶点位移.因为计算次序法则不要求位移,所以可以初始化位移,这只是由网格顶点的速度决定,并有益于用户初始化速度却是一件难事.如果设定网格顶点的速度为一常数,那么这些点在设置否则前保持不变.所以,不要为了清除这些网格的速度而简单的初始化它们为零...这将影响模拟结果.然而,有时设定速度为零是有用的(例如,消除所有的动能).(8)最小化静力分析的瞬时效应:对于连续性静力分析,经过许多阶段逐步接近结果是很重要的...即,当问题条件突然改变时,通过最小化瞬时波的影响,使结果更加“静力”.使FLAC3D解决办法更加静态的方法有两种.(a)当突然发生一个变化时(例如,通过使区域值为零模拟开挖),设定强度性能为很高的值以得到静力平衡.然后为了确保不平衡力很低,设定性能为真实值,再计算,这样,由瞬时现象引起的失败就不会发生了.(b)当移动材料时,用FISH函数或表格记录来逐步减少荷载.(9)改变模型材料:FLAC3D对一个模拟中所用的材料数没有限制.这个准则已经尺寸化,允许用户在自己所用版本的FLAC3D中最大尺寸网格的每个区域(假如设定的)使用不同的材料.(10)运行在现场原位应力和重力作用下的问题:有很多问题在建模时需要考虑现场原位应力和重力的作用.这种问题的一个例子是深层矿业开挖:回填.此时大多数岩石受很高的原位应力区的影响(即,自重应力由于网孔尺寸的限制可以忽略不计),但是回填桩的放置使自重应力发展导致岩石在荷载作用下可能坍塌.在这些模拟中要注意的重点(因为任何一种模拟都有重力的作用)是网格的至少三个点在空间上应固定...否则,整个网格在重力作用下将转动.如果你曾经注意到整个网格在重力加速度矢量方向发生转动,那么你可能忘记在空间上固定网格了.FLAC3D主要适明模拟计算地质材料和岩土上程的力学行为。

_地震诱发滑坡复活机制的FLAC~(3D)数值模拟分析

J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g G e o l o g y 工程地质学报 1004-9665/2010/18(3)-0305-07地震诱发滑坡复活机制的F L A C3D数值模拟分析＊夏　敏①　任光明①　郭亚莎②　吕生弟③　刘荣清③(①成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室　成都　610059)(②成都理工大学信息工程学院　成都　610059)(③中国水电顾问集团西北勘测设计研究院　西安　710050)摘　要　地震是影响斜(边)坡、滑坡稳定性的主要因素之一。

白龙江上某大型滑坡经顺层斜坡发生倾倒变形而成,天然状态下处于基本稳定状态,在“5.12″汶川地震作用下,该滑坡有整体复活迹象,其后缘周界形成了连续贯通的拉裂缝、错动台阶,尤其是滑坡下游区变形拉裂较明显。

本文以该滑坡在地震作用下发生复活为例,在分析滑坡所处的区域地质条件的基础上,详细研究了滑坡的基本特征以及地震作用导致滑坡复活的现象、特征,然后利用F L A C3D软件内置动力分析模块对该滑坡复活机制进行了分析、研究。

数值分析表明,地震作用下滑坡变形破坏受坡体形态的影响较显著,滑坡对地震波具有明显的放大效应;同一地震动条件下,滑坡体相对周边处于稳定状态基岩边坡对地震更为敏感。

这较好地解释了“5.12″汶川地震作用下,该滑坡的复活原因。

关键词　地震　滑坡　稳定性　F L A C3D中图分类号:P642.22 文献标识码:AF L A C3D N U ME R I C A LS I MU L A T I O N O FR E C U R R E N C EME C H A N I S M O F L A N D S L I D EU N D E RE A R T H Q U A K EL O A D I N GX I AM i n①　R E NG u a n g m i n g①　G U OY a s h a②　L VS h e n g d i③　L I UR o n g q i n g③(①S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f G e o h a z a r d P r e v e n t i o na n dG e o e n v i r o n m e n t P r o t e c t i o n,C h e n g d u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,C h e n g d u　610059) (②C o l l e g e o f i n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g0f C h e n g d u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,C h e n g d u　610059)(③N o r t h w e s t I n v e s t i g a t i o n D e s i g na n dR e s e a r c h I n s t i t u t e,C H E E C,X i′a n　710065)A b s t r a c t　E a r t h q u a k e i s o n e o f t h e m a i n f a c t o r s t o a f f e c t t h e s t a b i l i t y o f s l o p e s o r l a n d s l i d e s.T h e h u g e l a n d s l i d e o nB a i l o n g j i a n g w a s f o r m e d i n t o p p l i n g d e f o r m a t i o n o f t h e b e d d i n g s l o p e.I t w a s i n a s t a b l e s t a t e u n d e r n a t u r a l c o n d i-t i o n s.A f t e r t h e5.12W e n c h u a n E a r t h q u a k e,t h e h u g e l a n d s l i d e a p p e a r e d m o v i n g p h e n o m e n a i n c l u d i n g c o n t i n u o u s l i n k i n g c r a c k a n d d i s l o c a t i o n s t e p s i n t h e t r a i l i n g e d g e o f l a n d s l i d e.E s p e c i a l l y,t h e r u p t u r e d e f o r m a t i o n o f t h e l a n d-s l i d e d o w n s t r e a ma r e a t e n d e d t o b e e v i d e n t.T h i s p a p e r e x a m i n e s t h e r e c u r r e n c e m e c h a n i s m o f t h e h u g e l a n d s l i d e u n d e r t h e e a r t h q u a k e.I t i s b a s e d o n t h e r e g i o n a l g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s o f l a n d s l i d e.I t i n v e s t i g a t e s t h e b a s i c f e a t u r e s i n d e t a i l a n d t h e r e c u r r e n c e p h e n o m e n o n a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f l a n d s l i d e.I t i s a c c o m p l i s h e d a d y n a m i c a n a l y s i s o f l a n d s l i d e r e c u r r e n c e w i t h t h e s o f t w a r e b u i l t-i n m o d u l e F L A C3D.T h e n u m e r i c a l s i m u l a t i o n a n d a n a l y s i s s h o wt h a t-t h e d e f o r m a t i o n a n d d a m a g e o f t h e l a n d s l i d e i s a f f e c t e d d e e p l y b y t e r r a i n u n d e r e a r t h q u a k e l o a d i n g.T h e l a n d s l i d e h a s a n o b v i o u s a m p l i f i c a t i o n e f f e c t u n d e r t h e a c t i o n o f t h e s e i s m i c w a v e s.C o m p a r e d w i t h t h e s t e a d y r o c k s l o p e a d j a-　＊收稿日期:2009-11-10;收到修改稿日期:2010-03-08.第一作者简介:夏敏,研究方向为岩土体稳定性及工程效应.E m a i l:278267310@Q Q.c o mc e n t t o t h e l a nd s l i d e,t he l a n d s l i d e w a s m o r e s e n s i t i v e t o t h e e a r t h q u a k e l o a d i n g u n d e r t h e s a m e e a r t h q u a k e m a g n i-t u d e.T h i s r e s u l t e x p l a i n s w e l l t h e c a u s e s of r e c u r r e n c e o f l a n d s l i d e u n d e r t h e5.12W e n c h u a n E a r t h q u a k e.K e y w o r d s　E a r t h q u a k e,L a n d s l i d e,S t a b i l i t y,N u m e r i c a l,F L A C3D1　引　言地震是影响斜(边)坡、滑坡稳定性的主要因素之一[1～2]。

浅谈FLAC_3D的应用原理_优缺点及改进措施_邹力

浅谈F L A C-3D的应用原理、优缺点及改进措施邹　力,彭雄志(西南交通大学土木工程学院,四川成都610031) 【摘　要】　阐述了岩土工程数值分析程序F L A C-3D的原理与应用,将相似模型实验分析方法、有限元方法与F L A C-3D程序做比较,归纳其优缺点,初步探讨了针对该程序的一些改进措施。

【关键词】　岩土工程;　拉格朗日法;　模型;　前处理程序【中图分类号】　T P319 【文献标识码】　A 在岩土工程领域,结构稳定性分析方法有许多种。

以边坡稳定性分析为例,最常规的是极限平衡分析法,其特点是方便快捷,很多工程单位都采用该方法来计算、设计。

但极限平衡分析法不能解决分析边坡应力和应变的问题。

传统的极限平衡法在边坡稳定性分析中的主要问题是:为使本身不静定的问题变为静定,要做一些假设。

如果这些假设与实际情况不符,则会得到不合理的结果。

与传统的极限平衡法相比,基于变形分析的边坡稳定性分析方法具有许多优势,到后来出现用有限元法分析边坡的稳定性。

有限元在解决小变形方面有其优越性,但通常的边坡破坏为大变形问题,有限元在解决大变形方面不十分方便。

因此工程界开始采用F L A C-3D来分析边坡的大变形问题。

1　F L A C-3D基理与应用连续介质快速拉格朗日分析(F a s t L a g r a n g i a nA n a l y s i s o f C o n t i n u a,简写F L A C)是近年来逐步成熟完善起来的一种新型数值分析方法,已在岩土工程中得到越来越广泛的应用。

对于给定的单元形函数,快速拉格朗日法求解的代数方程实际上和有限元法相同,所以这种方法也具有与有限元法相同的优点。

由于不需要构造总刚度矩阵,对于大变形模式来说,每一次循环都更新坐标,将位移增量累计到坐标系中。

因此,网格与其所代表的材料都发生移动和变形。

而对于欧拉方程,材料运动及其变形都是相对于固定的网格的。

浅谈flac^3d在岩土工程中的应用

在基础工程方面，刘建华等⑷利用FALC3D对岩质边坡上桥梁基桩进行了受力分析及实验研究，推导了岩土边坡上桥梁基础桩的内力和位移的有限差分法解。肖军华等⑸借助三维有限差分程序FLAC?。对软弱地层深基坑开挖过程中
收稿日期=2019-11 -04 作者简介：常海锋（1995 -），男，安徽六安人，硕士，主要研究方向：岩土工程。
在岩土工程中，研究对象大部分位于地下，岩石内部不便于观察与测量，因而存在着许多的不确定的因素，为研究工作带来了困难，而FLAC30通过建立模型对岩体结构进行模拟来形象直观地显现出岩层的物理变化，通过转化岩体结构变化的表现形式，以此来方便人们掌握岩体的活动规律，能够较好地解决复杂的岩土工程问题。
6 g坊
Sichuan Building Materials
第46卷第5期 2020年5月
边界的水平速度进行约束。将模型中所有节点的y方向速度都进行约束，相当于平面应变约束。
3.2施工过程模拟
施工过程模拟之前,初始应力计算产生的节点位移和速度先清零。在本例中路基高度为5 m,高度方向可以划分为 5个单元，采用分级加载的方法激活路基单元来模拟路基填筑的施工过程，每次激活高度为1 m的单元，相当于每次土的填筑高度为1 m,共分5次填筑，每次填完土之后进行一次求解。
第46卷第5期 2020年5月
6 g坊
Sichuan Building Materials
Vol.46,No. 5 May, 2020
浅谈flac3D在岩土工程中的应用
常海锋
（安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南232001）
摘要:FLAC30作为一种基于有限差分法的数值分析软件，在岩土工程中得到了广泛的应用，本文主要介绍了 FLAC30

基于FLAC_3D_的边坡地震反应分析

模量、泊松比与体积模量、剪切模量的换算关系[ 11] , 确定
FL A C3D 的材料参数。算例为一土质边坡, 土体密度为 2 070
kg / m3 , 体积模量 50. 4 M Pa, 剪切模量为 29. 8 M P a, 凝聚力
13. 1 kP a, 内擦角 20!。
图 8 边坡剪应变增量云图这说明地震波的输入是正确的; 在垂直方向上, 各关键点的位移波动趋势几乎同步, 但是随着高程的增加, 位移逐渐放大, 即呈现所谓的放大效应。
图 9 断面 1 关键点位移时程曲线便于对照, 仅从图 10 断面 1 上取 2 个关键点的加速度时程曲线进行分析: 关键点的加速度时程曲线的形状和输入地震波加速度时程曲线基本相同; 随着高程的增加, 高程较大关键点的加速度时程波动幅度增大; 同时, 图中曲线发映出位置较高的关键点的加速度时程滞后于位置较低点, 即所谓的滞后效应。
2 输入地震波
获取地震波主要有三种方式: 直接记录地震波、类似场地条件的实测地震记录修正[6] 、以一定原则生成人工地震波[ 7] 。以场地基岩加速度峰值和基岩水平加速度反应谱作为目标谱, 进行场地设计加速度时程的合成。合成的水平地震加速度见图 3~ 5, 峰值加速度为 295. 8 cm/ s。
输入。
模拟中, 采用理想弹塑性模型, 屈服准则采用 M ohr Coulomb
根据弹性波传播理论, 纵波和横波在介质中的传播速度可
强度准则, 屈服函数如下[ 9] :

基于FLAC_3D的土石混合体原位直剪试验数值模拟研究

基于FLAC_3D的土石混合体原位直剪试验数值模拟研究宋岳;罗浩然;柳滔【摘要】基于莫尔-库伦模型理论,采用有限元软件FLAC 3D,对三峡库区滑坡处的土石混合体进行了原位直剪试验数值模拟研究.通过分析试件不同竖向位移和横向剪切位移处的7个监测点的模拟试验数据,结果表明:竖向位移相同处的不同监测点1—7,峰值强度整体先减小后趋于稳定;剪切应力开始随着剪切位移增加而急剧爬升.当剪切位移达到0.09 m时,剪切面剪切力到达"峰值",而后趋于稳定.土石混合体在剪切的过程中内部应力呈现不均匀分布,试样中的石块比周边土体更晚进入塑性变形.上述结果可为三峡库区土石混合体滑坡体加固工程提供理论依据.【期刊名称】《人民珠江》【年(卷),期】2018(039)009【总页数】5页(P33-37)【关键词】土石混合体;直剪试验;塑性区;数值模拟【作者】宋岳;罗浩然;柳滔【作者单位】三峡大学水利与环境学院,湖北宜昌 443002;三峡大学水利与环境学院,湖北宜昌 443002;三峡大学水利与环境学院,湖北宜昌 443002【正文语种】中文【中图分类】TU411长江三峡水库多达5 000余公里的库岸线上，经过长期蓄水后，存在着140段约343 km的欠稳定和不稳定库岸，占总库岸线长度的6.8%。

根据调查统计有80%～90%的库岸滑坡属于土石混合体堆积体，组成这些松散堆积体，主要由滑坡积物、残坡积物、崩坡积物等物质组成，多含砾石、砂石、碎石，具有不均匀特性。

在岩土工程建设领域，土石混合体属于经常遇到而又必须妥善处理的地质体，其本身力学性质具有特殊性：强度参数对环境敏感性高且具有高度的环境依赖性。

由于三峡库区不同的土石混合体滑坡的成因有所不同，造成其岩石的生成条件、颗粒组成、含石量、风化程度等一系列物理参数和力学性能存在一定的差异。

因此，研究三峡库区造成滑坡的土石混合体不仅具有理论意义，还具有工程价值。

基于FLAC^(3D)的某碎石土边坡地震反应分析

基于FLAC^(3D)的某碎石土边坡地震反应分析
鲁涛
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2011()7
【摘要】基于完全非线性的动力分析方法,利用FLAC3D软件对西南某碎石土边坡在地震下的稳定性进行分析。

分析表明:地震作用下,边坡坡面的水平向永久位移最大,并由坡面向坡内逐渐减小;边坡的加速度时程与场地输入的PGA相比均有一定程度的放大;在边坡上随着高程的增加,水平方向向坡外的位移大小变化受边坡结构面的控制影响较大。

研究结果有助于进一步探讨复杂边坡地震下的失稳机制。

【总页数】4页(P96-98)
【关键词】数值分析;碎石土边坡;地震;FLAC3D
【作者】鲁涛
【作者单位】三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU457
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基于FLAC^(3D)对爆破振动下某土坝的安全振速预测

基于FLAC^(3D)对爆破振动下某土坝的安全振速预测
李胜林;刘志远;张会歌;孟令豪
【期刊名称】《北京理工大学学报》
【年(卷),期】2018(38)10
【摘要】在大量现场爆破振动监测的基础上,对速度信号进行分析,近似得到了坝体的黏滞阻尼比,基于坝体动力响应特征通过FLAC^(3D)建立了某土石坝的2维模型.基于土体力学参数计算简化得到了坝基瑞利波分布函数,确定了使坝体发生最大响应的振动信号主频为2.00Hz,通过加大最不利地震波振幅,计算得到使坝体破坏的速度阈值为16cm/s,以此阈值作为土坝安全振速,可有效保证坝体的结构安全.
【总页数】6页(P1006-1011)
【关键词】土坝;FLAC^3D;爆破地震;数值模拟;最不利地震波
【作者】李胜林;刘志远;张会歌;孟令豪
【作者单位】中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD824
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