flac热力学分析

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土木工程数值模拟(FLAC3D)课件第1章

对于对称的模型也可以采用镜像命令：
gen zone reflect norm -1 0 0 origin 0,0,0
网格单元间的连接
采用FLAC3D进行计算，所建立的模型需是一个连续的整体，否则计算结果将出现较大的误差甚至无法进行计算。对于在建立模型时，各关键点的坐标是准确无误输入且各公共面的网格数和大小均完全一致的模型，无需进行任何操作，模型即自动完成相互间的连接。
对所有单元
应力—应变关系 (本构模型)
2020/7/10
节点力单元积分新的应力
10
简单实例
gen zone brick size 6 8 8 model mohr prop bulk 1e8 shear 0.3e8 prop fric 35 coh 1e3 tens 1e3 set grav 0,0,-9.81 ini dens 2000 fix x range x -0.1 0.1 fix x range x 5.9 6.1 fix y range y -0.1 0.1 fix y range y 7.9 8.1 fix z range z -0.1 0.1 hist unbal hist gp zdisp 4,4,8 solve save t1.sav rest t1.sav model null range x 2,4 y 2,6 z 5,10 set large initial xdis 0.0 ydis 0.0 zdis 0.0 step 1000 save t2.sav
这是通过radtun和 radcyl来组合生成所需要的模型。它们两者的生成关键点的描述存在较大的区别。
对于这两种基本的网格，其公共面上的关键点的对应关系更需校核好，否则将出现杂乱错误的网格。

膨胀土边坡稳定性的FLAC分析

膨胀土边坡稳定性的FLAC分析膨胀土是一种具有显著膨胀和收缩特性的粘性土壤，常见于许多工程项目中。

然而，由于其特殊性质，膨胀土边坡的稳定性成为一个重要问题。

无数工程项目因未处理好膨胀土边坡的稳定性而遭受严重损失。

因此，膨胀土边坡稳定性的分析具有重要意义。

FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）软件是一种强大的工程分析工具，广泛应用于地质工程领域，尤其在土壤和岩土工程中发挥了重要作用。

本文将使用FLAC软件对膨胀土边坡的稳定性进行模拟分析。

膨胀土边坡的稳定性受到多种因素影响，如土壤的物理性质、边坡的几何形状和大小、降雨量、地下水等。

不稳定的膨胀土边坡可能导致滑坡、泥石流等地质灾害，给工程项目带来严重威胁。

FLAC软件在分析膨胀土边坡稳定性方面具有以下优势：考虑了土壤的物理性质，如膨胀性、收缩性、凝聚力等。

可以模拟边坡在不同工况下的稳定性，如降雨、地震、施工等。

提供了强大的后处理功能，可以对模拟结果进行详细分析和可视化。

某高速公路经过一段地形起伏较大的地区，其中部分路段的边坡由膨胀土构成。

在近年的雨季，这些边坡出现了不同程度的滑坡。

为了解决这个问题，我们使用FLAC软件对这段路段的膨胀土边坡进行稳定性分析。

建立模型：首先建立膨胀土边坡的三维模型，并确定模型的基本参数，如土壤类型、密度、含水率等。

加载条件：根据实际工况，加载包括自重、降雨、地震等外部条件。

模拟分析：使用FLAC软件对膨胀土边坡进行稳定性模拟分析。

结果分析：通过后处理功能，对模拟结果进行详细分析和可视化，得出边坡在不同工况下的稳定性状态。

针对可能出现的不稳定区域，提出相应的加固措施和优化建议。

膨胀土边坡的稳定性是工程项目中必须重视的问题。

FLAC软件在分析膨胀土边坡稳定性方面具有显著优势，可以考虑土壤的物理性质、外部加载条件，并提供了强大的后处理功能，可以直观地展示边坡的稳定性状态。

结合具体案例，使用FLAC软件进行模拟分析，可以为工程项目提供有价值的参考意见和建议。

flac介绍

FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）软件是由美国Itasca公司开发的。

目前，FLAC有二维和三维计算程序两个版本，二维计算程序V3.0以前的为DOS版本， 1995年，FLAC2D已升级为V3.3的版本，其程序能够使用护展内存，至今已发展到V5.0版本。

FLAC3D是一个三维有限差分程序，目前已发展到V3.1版本。

并且其推出的FLAC SLOPE有了WINDOWS界面。

FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）是一个利用显式有限差分方法求解的岩土、采矿工程师进行分析和设计的二维连续介质程序，主要用来模拟土、岩、或其他材料的非线性力学行为，可以解决众多有限元程序难以模拟的复杂的工程问题，例如大变形、大应变、非线性及非稳定系统（甚至大面积屈服/失稳或完全塌方）等问题。

FLAC的基本功能和特征为：●允许介质出现大应变和大变形；●Interface 单元可以模拟连续介质中的界面，并允许界面发生滑动和开裂；●显式计算方法，能够为非稳定物理过程提供稳定解，直观反映岩土体工程中的破坏；●地下水流动与力学计算完全耦合（包括负孔隙水压，非饱和流及相界面计算）；●采用结构加固单元模拟加固措施，例如衬砌、锚杆、桩基等；●材料模型库（例如：弹性模型、莫尔库仑塑性模型、任意各向异性模型、双屈服模型、粘性及应变软化模型）；●预定义材料性质，用户也可增加用户自己的材料性质设定并储存到数据库中；●一系列可选择模块，包括：热力学模块、流变模块、动力学模块、二相流模块等，用户还可用C++建立自己的模型；●边坡稳定系数计算满足边坡设计的要求；●用户可用内部语言（FISH）增加自己定义的各种特性（如：新的本构模型，新变量或新命令）；FLAC软件的优势：连续体大应变模拟界面单元用已代表不连续接触界面可能出现的完全不连续性质的张开和滑动，因此可以模拟断层、节理和摩擦边界等显式求解模式可以获得不稳定物理过程的稳定解材料模型:✧“空（null）”模型；✧三种弹性模型（各向同性、横观各向异性、和正交各向异性）；✧七种非线性模型（Drucker-Prager、Mohr-Coulomb、应变硬化及应变软化、节理化、双线性应变硬化/软化节理化、双屈服、修正的Cam-clay模型）任何参数指标的连续变化或统计分布的模拟外接口编程语言（FISH）允许用户添加用户自定义功能方便的边界定义和初始条件定义方式可定义水位线/面进行有效应力计算地下水渗流计算以及完全的应力场渗流场偶合计算（含负孔隙压力、非饱和流、井）结构单元如隧道衬砌、桩、壳、梁锚杆、锚索、土工织物及其组合，可以模拟不同的加固手段及其与围岩（土体）的相互作用自选模块包括:✧热和热力学分析模块；✧流变计算模块；✧动力分析模块实现真时间历程的瞬时动力响应模拟；✧用C++编写的用户自定义本构模块开挖直立坡的喷射混凝土墙加土钉加固的模拟加（下）和不加（上）土工织物土坡的潜在破坏特征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，是二维的有限差分程序FLAC2D的扩展，能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。

有限差分法FLAC3D功能,优缺点分析

FLAC/FLAC3D系列——岩土体工程高级连续介质力学分析软件通知：FLAC3D 4.0隆重推出，了解详细情况，点击此处FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）软件是由美国Itasca公司开发的。

FLAC3D是一个三维有限差分程序，目前已发展到V4.0版本。

并且其推出的FLAC SLOPE有了WINDOWS界面。

FLAC的基本功能和特征为：●允许介质出现大应变和大变形；●Interface 单元可以模拟连续介质中的界面，并允许界面发生滑动和开裂；●显式计算方法，能够为非稳定物理过程提供稳定解，直观反映岩土体工程中的破坏；●地下水流动与力学计算完全耦合（包括负孔隙水压，非饱和流及相界面计算）；●采用结构加固单元模拟加固措施，例如衬砌、锚杆、桩基等；●材料模型库（例如：弹性模型、莫尔库仑塑性模型、任意各向异性模型、双屈服模型、粘性及应变软化模型）；●预定义材料性质，用户也可增加用户自己的材料性质设定并储存到数据库中；●一系列可选择模块，包括：热力学模块、流变模块、动力学模块、二相流模块等，用户还可用C++建立自己的模型；●边坡稳定系数计算满足边坡设计的要求；●用户可用内部语言（FISH）增加自己定义的各种特性（如：新的本构模型，新变量或新命令）；FLAC软件的优势：➢连续体大应变模拟➢界面单元用已代表不连续接触界面可能出现的完全不连续性质的张开和滑动，因此可以模拟断层、节理和摩擦边界等➢显式求解模式可以获得不稳定物理过程的稳定解➢材料模型:✧“空（null）”模型；✧三种弹性模型（各向同性、横观各向异性、和正交各向异性）；✧七种非线性模型（Drucker-Prager、Mohr-Coulomb、应变硬化及应变软化、节理化、双线性应变硬化/软化节理化、双屈服、修正的Cam-clay模型）➢任何参数指标的连续变化或统计分布的模拟➢外接口编程语言（FISH）允许用户添加用户自定义功能➢方便的边界定义和初始条件定义方式➢可定义水位线/面进行有效应力计算➢地下水渗流计算以及完全的应力场渗流场偶合计算（含负孔隙压力、非饱和流、井）➢结构单元如隧道衬砌、桩、壳、梁锚杆、锚索、土工织物及其组合，可以模拟不同的加固手段及其与围岩（土体）的相互作用➢自选模块包括:✧热和热力学分析模块；✧流变计算模块；✧动力分析模块实现真时间历程的瞬时动力响应模拟；✧用C++编写的用户自定义本构模块开挖直立坡的喷射混凝土墙加土钉加固的模拟加（下）和不加（上）土工织物土坡的潜在破坏特征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，是二维的有限差分程序FLAC2D的扩展，能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。

(完整word版)FLAC动力分析

当计算模型中存在刚度差异较大、模型网格尺寸不均匀的情况时，FLAC3D可以采用“动态多步”（Dynamic Multi-stepping）的过程来有效减少计算所需要的时间。在此过程中，模型单元和节点按照相近最大时步进行分组和排序，然后每个组在特定的时步下运行，信息在适当的时候在单元之间进行交换。
动态多步的调用采用如下命令：
（1）FLAC3D动力分析与一般的等效线性方法有什么区别？
（2）FLAC3D动力分析怎么会采用静力本构模型，比如Mohr-Coulomb模型？
下面就这两个问题展开初步的讨论。
11.
在岩土地震工程中，等效线性方法广泛应用于计算地基土体中波的传播及土与结构的动力相互作用。该方法已被工程师、科研人员广泛接受。而FLAC3D采用的完全非线性方法没有获得广泛使用，因此需要对这两种方法之间的差异做简要介绍。
old_time = clock
end
setup ;执行变量赋值
def wave ;定义动荷载函数
wave = sin(omega * dytime);定义动荷载变量
end
apply xvel = 1 hist wave range z=-.1 .1;施加动荷载
apply zvel = 0 range z=-.1 .1
本章将以FLAC3D为例讨论动力计算的相关内容，FLAC的动力分析可以参照执行。
注意：FLAC和FLAC3D的动力计算十分复杂，读者在阅读本章内容之前要对FLAC3D的静力计算、流体计算十分熟悉，具体可以参阅本书的第7章和第12章的内容。
对于初次接触FLAC3D动力计算的读者，大多数都会提以下2个问题：
其实这是对FLAC3D动力计算的误解。FLAC3D的原理是求解动力方程，所以从其算法上来说，不管是进行静力分析还是动力分析，其实质都是求解运动方程。只是对于静力分析而言，采用了特定的阻尼方式以达到快速收敛的目的。所以，有的场合将FLAC3D的静力分析方法称为“拟动力方法”。相应的，FLAC3D在进行动力分析时，通过求解动力方程理所当然地可以得到合适的动力问题解答。对于本构模型的选择，主要是描述单元的应力-应变关系，如果是弹塑性的，则考虑的是单元的屈服准则、流动法则等。

1FLAC 3D基本介绍

1.基本介绍1.1.概述FLAC 3D是一个三维显式有限差分程序，主要应用于工程力学计算。

程序基于二维FLAC程序中已经建好的数值方程式。

FLAC 3D将FLAC的分析能力拓展到三维，用于模拟三维土体、岩体或其他材料的力学特性，尤其是达到屈服极限的塑性流变特性。

用户通过调整多面体单元的三维网格结构，来拟合要被建模的物体的实际形状。

每个单元体根据既定的线形/非线性的应力/应变规律对相应施加的力和边界约束条件作出响应。

并且当材料发生屈服流动后，网格也能够适应变形和移动（大变形模式）。

FLAC 3D采用的显式拉格朗日算法和混合——离散分区技术能够确保材料塑性坍塌破坏和流动过程的精确模拟。

由于无须形成刚度矩阵，因此采用较小的计算资源，就能够求解大范围的三维（岩土工程）计算问题。

通过自动惯性缩放及自动阻尼，显式方程式的缺点（小时间步限制和阻尼问题）已经被克服，且不会影响到物体的原有破坏行为。

FLAC 3D为三维岩土工程问题的解决提供了一个理想的分析工具。

FLAC 3D被设计，专门为了在装有Windows98及更高的版本的操作系统的IBM兼容的微型计算机上操作。

在岩土工程方面，实际的三维模型计算可以在合理的时间内被完成。

例如，创建一个包含大约140000个单元体的模型需要128M的内存。

对于一个有10000个单元体的摩尔——库伦模型，在2.4GHz的奔腾IV微型计算机上，完成5000个计算步需要大概18分钟。

对于显式计算求解，到达平衡状态的所需求解计算步数不定，但无论什么类型的模型，这个值都大概会在3000-5000步之内。

随着浮点数计算速度的提高，以及以低代价安装附加内存的能力，用FLAC 3D解决更大的三维问题成了可能。

FLAC 3D既可以通过命令行驱动，也可以通过图案菜单驱动。

默认的命令驱动模式和Itasca其他的软件产品是一样的。

你会发现其中大部分命令都是一样的。

在FLAC 3D中，菜单驱动的图形用户界面可用于绘图，显示工作。

FLAC建模与解题技巧

1.2 FLAC计算流程
平衡方程（运动方程）新的应力或力
新的速度和位移
u (t ) − u (t ) σ (t ) = E ∆x
i xx i x
i +1 x
应力/应变关系（本构方程）
. ∆t ∆t ∆t i i i −1 u x (t + ) = u x (t − ) + {σ xx (t ) − σ xx (t )} 2 2 ρ∆x . i
岩石应变软化/硬化模型
压力 P
σ1-σ3
岩石
莫尔-库仑准则与应变软化
充填体
加载路径卸载路径
ε
体积应变 eV
N T
A侧
断层
单元 M
S ks LN
kn P B侧
1.4 支护构件与本构模型
(1) 杆单元模型； (2) 梁模型； (3) 桩模型； (4) 群支架模型。
预应力t ∆t i i u ( t + ) = u x ( t ) + u x ( t + ) ∆t 2 2 i x
1.3 岩体力学本构模型
1) 各向同性弹性材料模型； 2) 横观各向同性弹性材料模型； 3) 莫尔-库仑弹塑材料模型； 4) 应变软化/硬化塑性材料模型； 5) 双屈服塑性材料模型；
2 2
⎞ ⎟ ⎟ ⎠0
x
⎛ ∂f ⎞ ⎜ ⎟ = ∂ x ⎝ ⎠0
⎛ ∂2 f ⎜ ⎜ ∂x 2 ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ = ⎠0
f1 − f 3 2h
f1 + f 3 − 2 f 0 h2
⎛ ∂f ⎞ f2 − f4 = ⎟ ⎜ ⎜ ∂y ⎟ 2h ⎠0 ⎝
⎛ ∂2 f ⎞ f2 + f4 − 2 f0 ⎜ ⎟ = 2 ⎜ ∂ y ⎟ h2 ⎝ ⎠0

FLAC,FLAC3D基础与应用-陈育民

343wzones3sec复杂网格的检查?flac3d生成的复杂网格attachface?无接触面时检查整体模型是否存在subgrid?有接触面时给定范围进行检查?其他软件导入的复杂模型网格划分的检查genmerge弹性模型modelelastic求解?独立节点?畸形单元35模型的检查?flac本身的check功能十分有限错误提示很少十分开放的工作平台自由落体?检查的基本步骤网格检查如前所述边界条件检查?速度约束条件plogpfixredsk?荷载条件plofapredsk模型检查?模型赋值ploblockmodel?参数赋值ploblockprop初始应力检查如后所述36初始应力检查办法?初始应力的计算时间不会非常长?经常检查模型的响应ploconszzsyysxx应力场ploconzdisydisxdis位移场ploblosta屈服状态plogpfixredsk速度约束条件plofapredsk体力plohistunbal不平衡力plointerfacenstresssstress接触面单元37第二讲flac3d接触面fish语言流固耦合分析fish语言fish语言简介?软件自带的编程语言?是否一定要学
1m
0.5
config fluid gen zon bri size 1 1 2 model elas prop bu 3e7 sh 1e7 ini dens 1500 model fl_iso ini fdens=1000 fmod 0 prop por 0.5 set grav 0 0 -10 water dens 1500 water table face 0 0 1, 0 1 1, 1 1 1, 1 0 1 ini pp 10e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 1 ini szz -30e3 grad 0 0 15e3 ran z 1 2 ... set fluid off solve

FLAC2D动力分析要点

FLAC2D 动力反应分析要点
FLAC 可以模拟岩土体在外部（如地震）或内部（如风、爆炸、地铁振动）荷载作用下的完全非线性响应，可以适用于土动力学、岩石动力学等计算。一、与等效线性方法的关系在岩土地震工程中，等效线性方法广泛应用于计算地基土体中波的传播及土—结构的动力相互作用；而 FLAC 采用的完全非线性方法没有获得广泛使用，因此需要对这两种方法之间的差异做简要介绍。 1.1 等效线性法的特点等效线性方法的基本原理是，假定土体是粘弹性体，参照实验室得到的切线模量及阻尼比与剪应变幅值的关系曲线，对地震中每一单元的阻尼和模量重新赋值。有如下的特点：使用振动荷载的平均水平来估算每个单元的线性属性，并在振动过程中保持不变。

可以遵循任何指定的非线性本构模型。如果模型本身能够反映土体在动力作用下的
滞回特性，则程序不需要另外提供阻尼参数。如果采用 Rayleigh 阻尼或局部（local）阻尼，则在动力计算中阻尼参数将保持不变。采用非线性的材料定律，不同频率的波之间可以自然地出现干涉和叠加，而等效线
性方法做不到这一点。采用了弹塑性模型，此程序可以自动计算永久变形。采用合理的塑性方程，使得塑性应变增量与应力相联系。可以方便地进行不同本构模型的比较。可以同时模拟压缩波和剪切波的传播及两者耦合作用时对材料的影响。在强震作用
下，这种耦合作用的影响很重要，比如在摩擦型材料中，法向应力可能会动态地减小从而降低土体的抗剪强度。
二、动力时间步
动力计算中临界计算时间步的计算如下：
A ∆tcrit = min z L C d p
（11-1）
其中， C p 为 p 波波速，与材料的体积模量 K 和剪切模量 G 有关，可以表示为：

FLAC二维模型简化建模方法及应用

Ｖ０１．１９Ｎｏ．１Ｍａｌ＂．２００８
ＦＬＡＣ二维模型简化建模方法及应用
王希宝，李天斌，许勇（成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都６１００５９）
摘要：ＦＬＡＣ是一个利用显示有限差分方法为岩土提供精确有效分析的工具。具有强大的计算能力及良好的二次开发
性，可以解决诸多有限元程序难以模拟的复杂工程问题。例如分步开挖、大变形大应变、非线性及非稳定系统（甚至大
但是，在ＦＬＡＣ软件中几何模型的建立比较麻
烦。而其本身自带的读取ＣＡＤ文件的功能是读取ＣＡＤ图形文件作为背景图形模板，实际上仍然需要在ＦＬＡＣ中作图。如果拟建模型的范围较大，工程地质情况和地形线复杂，则会极大的降低建模效率。所以，大多数学者往往是先采用其它使用较方便的软件建模（例如ＡＮＳＹＳ），再导入ＦＬＡＣ中进行计算。对普通用户来说，这相当于增加了使用ＦＬＡＣ的门槛和难度。因此，笔者在这里提出一种直接读取ＣＡＤ文件的ＤＸＦ格式文件，转化为ＦＬＡＣ的建模语言的方法，可以大大提高建模的效率。
３程序实现
３．１思路及代码用ＦＬＡＣ建立一个简单的滑坡模型往往需要数
十分钟甚至数小时的时间，不同的初步设计方案及施工方案的变更会带来建模工作量的大量增加。考虑到一般模型主要是由大量的线段首尾相接或相交组成，因此只需要将ＤＸＦ文件中与线段有关的信息读取并按照ＦＬＡＣ程序的命令驱动语言格式写入另外一个数据文件中即可，之后在ＦＬＡＣ里读取该文件即可完成作图。这里我们主要是提取线段的始终点的坐标，当然，也可以根据需要提取其它的有用信息。以下为用Ｖｉｓｕａｌｂａｓｉｃ编写的数据转换程序的主要部分，分别用ＲｅａｄＤＸＦ及ＲｅａｄＣｏｄｅｓ两个函数来实现线段数据的读取、格式转换与输出。３．１．１ＲｅａｄＤＸＦ函数从ＤＸＦ文件中读取文件中的ｌｉｎｅ信息，主要包括起始点和终点，并写入另外一个文件。ＦｕｎｃｔｉｏｎＲｅａｄＤＸＦ（ＢｙＶａｌｄｘｆＦｉｌｅＡｓＳｔｒｉｎｇ，ＢｙＶａｌｔｘｔＦｉｌｅＡｓＳｔｒｉｎｇ，ＢｙＶａｌｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎＡｓＩｎｔｅｇｅｒ）

FLAC数值模拟介绍

FLAC-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。

第一讲 FLAC简介

His
关键词关键词可以是: Dump nhis 将第 nhis 的历史写屏; Write nhis 将第nhis的历史写在文件FLAC.HIS上, 该文件可在FLAC结束后打印出来。连续执行HIS WRITE命令可将结果顺序写在 FLAC.HIS上, 但是首次执行此命令会将以前盘上所存的同名文件冲掉; Reset 所有的历史都清除掉。
•由应力及外力利用虚功原理求节点不平衡力 •由不平衡力求节点速率
本构方程（对每个单元）
•由节点速率求应变增量 •由应变增量求应力增量及总应力
二维快速拉格朗日分析的特点
无论是静力还是动力问题，二维快速拉
格朗日分析都利用动态的运动方程进行求解，这使得二维快速拉格朗日分析很容易模拟动态问题，如振动、失稳、大变形等。三维快速拉格朗日分析采用显式方法进行求解，对显式法来说非线性本构关系与线性本构关系并无算法上的差别，对于已知的应变增量，可很方便地求出应力增量，并得到不平衡力，就同实际中的物理过程一样，可以跟踪系统的演化过程。
FLAC 的运行
FLAC 的界面
FLAC 使用说明
的输入和一般的数值模拟的程序不一样, 它可以用交互的方式从键盘输入各个命令, 也可以写成命令文件, 类似于批处理, 由文件来驱动。 FLAC 命令大小写一样。所有的命令可以附带若干个关键词和有关的数值。在下面的命令解释中, 只有大写的字母起作用, 小写的字母写不写、写多少个都没有关系。 i,j,m 和 n 开始的变量要求整型数, 否则要求实型数。实型数的小数点可以忽略, 但是整型数不能带小数点。
GEn
x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4 <Ratio ri rj> <range> 用于在全域或局域中产生网格。 (x1,y1) 的点放在左下侧 , (x2,y2)、(x3,y3) 和(x4,y4) 为顺时针排列。如果点和前一个GEn命令中的相同 ,则用 SAME 来代替。如果网格不是均匀排列, 则用关键词RATIO,在I和J方向的比例系数分别为ri和rj。

FLAC教程

(7)轴对称几何模型：模拟围堰、船闸及层状材料侧向载荷的影响； (8)动态分析模型：其代码能用于各种工程动态问题，诸如地震分析、坝的稳定、主结构间的作用与液化、爆破载荷的影响等； (9)热力模型：模拟材料中的瞬态热流，热应力的发生以及进行热与力的藕合计算等； (10)绘图功能：通过其重复占位程序，用户能绘制各种图形与表格，其中计算时步函数关系曲线的绘制特别有助于弄清楚何时到达平衡与破裂状态，并在瞬态计算(如地下水流计算)或动态计算(如地震运动计算)中进行变量化监控。
FLAC中可以模拟的模型

(1)零空模型(Mull)：代表网格中的孔洞(开挖单元)； (2)应变硬化/软化模型(SS)：代表非线性，不可逆剪切破碎与压缩； (3)粘弹性蠕变模型； (4)界面模型(界面为平面，沿界面允许滑动和分开)：模拟断层、节理和摩擦边界； (5)水利模型：模拟可变形空隙体与粘性流动的全藕荷； (6)结构单元模型：模拟岩土体加固、衬砌、锚杆、混凝土喷层、可缩支柱及钢拱等。
分析模式大小与RAM之关系
•(1)应力－正号代表张力，负号代表压力 •(2)剪应力详见下图，图中所示剪应力为正号
•(3)应变－正应变表示伸长，负应变代表压缩 •(4)剪应变－剪应变的正负号与剪应力相同 •(5)孔隙压力－孔隙压力永远为正 •(6)重力－正号的重力物质往下拉，负号的重力将物质往上提。

(8) FLAC还能针对不同材料特性，使用相应的本构方程来比较真实地反映实际材料的动态行为。此外，该数值分析方法还可考虑锚杆、挡土墙等支护结构与围岩的相互作用。

(9)对硬件配臵要求较低，强大的前后处理功能，实现对多种材料和多种工程状况的模拟。 (10) FLAC程序对弹塑性计算过程作了改进，增加了岩体软化特性内容；岩土力学问题包含了相当广泛的影响因素和物理力学过程，FLAC具有模拟单独过程或组合过程的能力。 (11)由于FLAC采用宏语言FLACish(简称FISH)，用户可以定义自己的新变量，函数(宏指令)或本构模型并可直接在FLAC代码中试验其模型，亦可另外设计新程序。

FLAC-2D算例

第八章FLAC元法及其应用8.1引言岩土工程的研究人员已认识到数值方法为研究复杂的岩土工程问题提供了十分经济有效的工具，并为改进设计方法提供了可能。

正因为实际工程问题的可变性及不确定性因素客观存在，采用数值分析方法对其进行合理简化能得出某些有价值的定性(或初步定量)的结果，这比单纯依靠工程师的判断和经验总是前进了一步.。

各类数值方法均有其自身特点和适用条件。

到目前为止期望采用某种数值分析方法对复杂的岩土工程问题进行精确定量求解仍是十分困难的。

认识到岩石复杂性、可变性，以及岩体的非均质、不连续、大变形、大应变、非线性和峰值后强度特征；美国明尼苏达的P.Cundall博士认为：“岩石变形模拟中采用显式的有限差分法可能较在其它领域中广泛应用的有限单元法为好”，Cundall和他的ITASCA软件公司同事们开发出了应用于土木及采矿工程的拉格朗日元法的应用程序FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua,连续介质快速拉格朗日分析)。

该程序自1986年发行后，经不断改版，“现在它是国际上广泛应用的可靠程序”(前任国际岩石力学学会主席C.Fairhust,1994)。

Fairhust教授认为：“有限差分法，至少对岩土工程设计而言，有着较其它数值模拟方法更大的优点”。

我国王泳嘉教授为引入和发展FLAC元法作出了重要贡献，长江科学院和清华大学曾采用过拉格朗日元法计算过洞室和模拟边坡开挖问题等。

我们采用拉格朗日元法对锚拉支架支护节理化顶板进行数值模拟研究，研究锚拉支架中锚杆的横向作用，锚杆角度，锚杆轴力以及拉杆长度变化对围岩位移场、应力场及塑性区发展的影响和规律。

8.2 拉格朗日元法的基本原理和特点8.2.1基本原理拉格朗日元法用差分方法求解，其基本原理与算法与离散元法相似，它运用节点位移连续条件，可对连续介质进行大变形分析，基于显式差分法求解运动方程和动力方程。

拉格朗日元法的计算循环如图8.1所示。

FLAC动力分析

FLAC动力分析FLAC，全称Free Lossless Audio Codec，是一款免费的无损音频压缩编码器。

由于其无损压缩的特性，FLAC已被广泛应用于音乐存储和播放领域。

本文将从以下几个方面进行FLAC动力分析。

1. FLAC的原理FLAC采用无损压缩技术，在保持音频信号完整性基础上，将大文件压缩到更小的文件大小。

FLAC使用线性预测算法将音频信号转换成预测误差和线性系数，并将其压缩。

在恢复音频时，FLAC根据压缩得到的预测误差和线性系数，恢复出原始的音频信号。

2. FLAC的使用FLAC对音频数据进行编码和解码，常见的应用场景包括音乐存储、音乐播放、音乐编辑等。

目前，市面上大多数的音乐播放器均支持FLAC格式，包括PC端的Winamp、Foobar2000等，手机端的酷我、网易云音乐等。

同时，FLAC也被广泛用于音乐存储，对于无法接受音质丢失的音乐爱好者，FLAC成为了很好的选择。

3. FLAC动力学分析FLAC动力学分析是对FLAC格式文件的音频信号进行分析的过程。

常见的FLAC动力学分析内容包括声道数、比特率、采样率、长度等。

下面对这些内容进行详细的介绍。

声道数FLAC文件的声道数指的是其中有几个声道，常见的有单声道、双声道、5.1声道等。

单声道是指文件中只包含一个声道的音频信号，例如FM广播，因为只有一个收听者，所以只需要一个声道。

双声道是指文件中包含左右两个声道的音频信号，例如CD音乐。

5.1声道是指文件中包含前中后三组声道和一个低音炮声道的音频信号，例如家庭影院环绕音响。

比特率FLAC文件的比特率指的是每秒钟传输的比特数。

FLAC的比特率通常是变量比特率（Variable Bit Rate，VBR），这意味着在音频信号中出现复杂程度较低的部分时，FLAC将信号进行压缩，以节省空间。

反之，当信号较为复杂时，FLAC会将信号保持原样，以保证音频信号的完整性。

采样率FLAC文件的采样率指的是每秒钟采集多少个样本。