UDEC模拟实例与解析
UDEC3.1资料
通用离散元用户指导（U D E C 3.1）北京科技大学2004.9目录1 引言 (1)1.1 总论 (1)1.2 与其他方法的比较 (2)1.3 一般特性 (2)1.4 应用领域 (3)2 开始启动 (4)2.1 安装和启动程序 (4)2.1.7 内存赋值 (4)2.1.9 运行UDEC (5)2.1.10 安装测试程序 (5)2.2 简单演示－通用命令的应用 (5)2.3 概念与术语 (6)2.4 UDEC模型：初始块体的划分 (8)2.5 命令语法 (9)2.6 UDEC应用基础 (10)2.6.1 块体划分 (10)2.6.2 指定材料模型 (16)2.6.2.1 块体模型 (16)2.6.2.2 节理模型 (17)2.6.3 施加边界条件和初始条件 (19)2.6.4 迭代为初始平衡 (21)2.6.5 进行改变和分析 (24)2.6.6 保存或恢复计算状态 (25)2.6.7 简单分析的总结 (25)2.8 系统单位 (26)3 用UDEC求解问题 (27)3.1 一般性研究 (27)3.1.1 第1步：定义分析模型的对象 (28)3.1.2 第2步：产生物理系统的概念图形 (28)3.1.3 第3步：建造和运行简单的理想模型 (28)3.1.4 第4步：综合特定问题的数据 (29)3.1.5 第5步：准备一系列详细的运行模型 (29)3.1.6 第6步：进行模型计算 (29)3.1.7 第7步：提供结果和解释 (30)3.2 产生模型 (30)3.2.1 确定UDEC模型合适的计算范围 (30)3.2.2 产生节理 (32)3.2.2.1 统计节理组生成器 (32)3.2.2.2 VORONOI多边形生成器 (34)3.2.2.3 例子 (34)3.2.3 产生内部边界形状 (35)3.3 变形块体和刚体的选择 (38)3.4 边界条件 (42)3.4.1 应力边界 (42)3.4.1.1 施加应力梯度 (43)3.4.1.2 改变边界应力 (44)3.4.1.3 打印和绘图 (44)3.4.1.4 提示和建议 (45)3.4.2 位移边界 (46)3.4.3 真实边界－选择合理类型 (46)3.4.4 人工边界 (46)3.4.4.1 对称轴 (46)3.4.4.2 截取边界 (46)3.4.4.3 边界元边界 (49)3.5 初始条件 (50)3.5.1 在均匀介质中的均匀应力：无重力 (50)3.5.2 无节理介质中具有梯度变化的应力：均匀材料 (51)3.5.3 无节理介质中具有梯度变化的应力：非均匀材料 (51)3.5.4 具有非均匀单元的密实模型 (52)3.5.5 随模型变化的初始应力 (53)3.5.6 节理化介质的应力 (54)3.5.7 绘制应力等值线图 (55)3.6 加载与施工模拟 (57)3.7 选择本构模型 (62)3.7.1 变形块体材料模型 (63)3.7.2 节理材料模型 (64)3.7.3 合理模型的选择 (65)3.8 材料性质 (71)3.8.1 岩块性质 (71)3.8.1.1 质量密度 (71)3.8.1.2 基本变形性质 (71)3.8.1.3 基本强度性质 (72)3.8.1.4 峰后效应 (73)3.8.1.5 现场性质参数的外延 (77)3.8.2 节理性质 (80)3.9 提示和建议 (81)3.9.1 节理几何形状的选择 (81)3.9.2 设计模型 (81)3.9.3 检查模型运行时间 (82)3.9.4 对允许时间的影响 (82)3.9.5 单元密度的考虑 (83)3.9.6 检查模型响应 (83)3.9.7 检查块体接触 (83)3.9.8 应用体积模量和剪切模量 (83)3.9.9 选择阻尼 (84)3.9.10 给块体和节理模型指定模型和赋值 (84)3.9.11 避免圆角误差 (85)3.9.12 接触嵌入 (85)3.9.13 非联结块体 (86)3.9.14 初始化变量 (86)3.9.15 确定坍塌荷载 (86)3.9.16 确定安全系数 (86)3.10 解释 (88)3.10.1 不平衡力 (88)3.10.2 块体/网格结点的速度 (88)3.10.3 块体破坏的塑性指标 (89)3.11 模拟方法 (89)3.11.1 有限数据系统模拟 (89)3.11.2 混沌系统的模拟 (90)3.11.3 局部化、物理的不稳定性和应力路径 (91)1 引言1.1 总论通用离散元程序（UDEC，Universal Distinct Element Code）是一个处理不连续介质的二维离散元程序。
《udec版本版》课件
软件下载与安装
从udec官网下载最新版本，按照安装向导逐步完成安装过程。
配置参数
根据实际需求，配置udec版本的相关参数，如端口号、数据库连 接等。
udec版本的团队协同工作流程
团队协作平台搭建
01
建立团队协作平台，包括项目管理、任务分配、进度跟踪等功
面对激烈的市场竞争，udec版本需要不断提升产品品质和服务 水平，以赢得用户信任和支持。
新兴市场拓展
拓展新兴市场，发掘潜在用户需求，为udec版本的发展提供更 多机遇。
udec版本的未来发展方向
拓展应用领域
将udec版本的应用领域不断拓展，满足更多行业和用户的需求。
提升用户体验
持续优化udec版本的用户界面和功能，提高用户满意度和忠诚度 。
开发效率。
持续集成
udec支持持续集成功能，能够将 项目的构建、测试和部署等环节 集成在一起，实现自动化和持续
化的软件开发流程。
自动化测试
udec支持自动化测试功能，能够 自动执行测试用例并生成测试报 告，帮助开发者及时发现和修复
问题。
03
udec版本的实施 与部署
udec版本的安装与配置
安装环境要求
代码导航
代码重构
udec支持代码重构功能，能够帮助开 发者优化和改进代码结构，提高代码 的可维护性和可读性。
udec提供了代码导航功能，方便用户 快速找到和跳转到代码的特定部分， 提高代码阅读和编辑的便捷性。
自动化构建功能
自动化构建
udec支持自动化构建功能，能够 根据项目的需求自动完成项目的 编译、打包和部署等任务，提高
(完整word版)Udec计算算例
1.3 UDEC算例1.3.1工程概况某隧道位于一包含高角度连续节理岩体内，节理倾角为50度，平均间距为7m，隧道为一半径为9m的圆形隧道。
贯穿于开挖面内的一垂直断层，在隧道拱顶形成了一个三角楔形体。
本算例使用UDEC的结构单元逻辑来模拟喷射混凝土和锚杆联合支护的圆形隧道开挖问题。
1.3.2构建模型隧道埋深451m，为半径9m圆形隧道，本次计算模型左右边界取41m，隧道至上下边界也取41m。
总的来说，模型长100m，宽100m。
计算模型如图1-1所示。
图1-1 UDEC计算模型1.3.3计算参数在包含高倾角节理和垂直断层的岩体内进行圆形开挖的UDEC模型岩体、节理和断层参数如下所示：表1-1 完整岩石物理力学参数密度Dens （kg/m3）体积模量K（Gpa）剪切模量G（Gpa）2500 1.5 0.6表1-2 节理、断层物理力学参数表1-3 喷射混凝土物理力学参数表1-4 岩体和喷射混凝土接触面物理力学参数表1-5 锚杆物理力学参数作为演示的目的，隧道开挖和支护是瞬时发生的。
本算例共两种支护分析被计算：第一，只施加喷射混凝土衬砌；第二，喷射混凝土和锚杆联合提供支护。
为了在第二种支护情况分析中可以更清晰的看到锚杆提供的支护，算例采用喷射混凝土的抗压强度被设置成一个很低的值，且厚度仅取为10cm。
1.3.4模拟步骤1.建立模型在UDEC中输入以下命令可建立隧道结构模型及边界。
如图1-2所示。
newround 0.1block -50,-50 -50,50 50,50 50,-50 jset -50,0 100,0 0,0 7,0 ；刷新UDEC窗口，重新调用一个新程序；块与块之间的圆角半径，必须小于块体最小边的1/2 ；建立模型框架；设置节理crack -6 -50 -6 50 tunnel (0,0) 9,16 del range area 0.08 gen edge 10 ；设置断层；模拟开挖隧道边界；删除面积小于0.08的块体；自动划分单元，单元最大边长不超过10图1-2 初步模型图2.设置单元属性和材料特征在UDEC中输入如下命令设置单元属性和材料特征。
UDEC4.0使用说明
菜单驱动模式运行离散元1、菜单驱动模式运行离散元对于Itasca加码图形界面是一个菜单驱动的图形界面开发，以协助助用户掌握Itasca代码。
在UDEC中，UDEC—GIIC很容易与点和点击式操作，以访问所有的命令和设施。
该GIIC结构是专门用来模拟预期的Windows功能，并允许显示的项目相对应的离散元操作的一般性鼠标性操作。
你可以能够立即使用UDEC解决问题，无须通过命令来选择你需要的分析。
本节提供了一个GIIC的介绍，并包括一个简单的教程，以帮助您开始。
你会注意到在GIIC主菜单栏中一个帮助菜单。
帮助按钮还包括在GIIC中的每一个工具，并且帮助窗格可以通过在模型工具标签上右击打开。
咨询帮助意见可以得到具体的GIIC功能的详细信息。
图1-1 UDEC—GIIC主窗口在利用UDEC进行全面的项目分析之前，我们强烈建议你阅读离散元用户指南和核查问题和示例应用程序，从而对离散元模型、分配材料特性、模型的初始条件和计算程序获得一个一般性的认识和理解。
1.1进入GIIC并选择分析选项在开始/程序/Itasca/udec菜单中，当UDEC加载时，你可以选择“UDEC 4.01 with GIIC”，自动启动GIIC。
或者，您可以在打开UDEC时，如果你在文本模式下，你可以在“udec>”提示下键入“giic”命令。
GIIC主窗口如图1.1所示。
该代码名称和当前版本号印在标题栏中的窗口顶部，主菜单栏位于标题栏下方的位置。
在主菜单栏下方有两个窗口：一个资源窗口和一个模型视图窗口。
资源窗口包括四个以文本为基本信息的标签。
“console”（控制台）标签显示文本输出和允许命令行输入（在窗口的底部）。
“record”窗口显示生成当前模型项目状态的命令的记录。
该记录以“项目树”的形式，显示保存文件之间的变化。
保存状态显示在树状结构。
数据可以作为离散元组命令形式导出到数据文件，命令组代表所分析的问题。
“FISH”窗口可以打开FISH编辑器，能方便执行FISH的功能。
UDEC模拟
5.3.1 采高 1m 时，采空区下坚硬顶板覆岩运动特征 在采深为 400m 的条件下，采高为 1m 时分别对采空区下部煤层采动引起的塑性区、
垂直应力和采动位移等覆岩运动参数的变化情况进行了详细的数值模拟计算，随着工作 面的不断推进，工作面在模拟开挖第 12 步（L=120m）时出现初次来压，之后在 160m、
工作面推进 100m 时，出现了大面积的塑性和拉伸破坏单元，工作面初次来压。当工作
面继续推进到 200m 时，顶板岩层在工作面随后的推进过程中呈现出缓慢的整体弯曲下
沉，并根据三次周期来压时工作面塑性区的分布统计可以发现，采空区上部的采动影响
形成的塑性区和拉伸破坏单元在空间上呈现层次性。
在工作面开采初期，下煤层工作面的应力集中依旧不明显，当工作面初次来压时，
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(a) L=20m 时塑性区图
(b) L=60m 时塑性区图
(c) L=100m 时塑性区图
(d) L=200m 时塑性区图
UDEC_数值模拟（入门学习）
UDEC_数值模拟（⼊门学习）UDEC ⼊门;new 是刷新udec窗⼝，从新调⽤⼀个程序;title 与heading代表标题，后⾯紧跟标题的名称。
如：titlehang dao mo ni;round 指块体与块体之间的圆⾓半径，默认值是0.5，其值要求⼩于模型中最⼩块体的最短那条边长的⼆分之⼀。
如：round 0.05set ovtol=0.5;此命令是指层与层之间的嵌⼊厚度block x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4;建⽴模型框架，crack x1,y1 x2,y2;两点划⼀线jregion id n x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4 deletejset 90,0 4,0 4,0 6,0 0,-50 range jreg 3;jset 倾⾓,0 线段长,0 线段与线段轴向间隔长,0 垂向间距,0 xm,ym range jregion n;其中xm,ym为起始点坐标,n为设置的区域标号gen quad 10 range xl xu yl yu;在指定的区域⽣成⼀定宽度的单元（xu为x⽅向的取值）zone model mo range xl xu yl yu;使指定的区域材料采⽤摩尔--库仑本构关系计算（即弹塑性）change jcons=2 range xl xu yl yu;使指定的区域节理遵循摩尔--库仑准则计算（即弹塑性）change mat=1 range xl xu yl yuchange mat=2 range xl xu yl yuchange mat=3 range xl xu yl yu;指定各岩层的材料标号change jmat=1 range xl xu yl yuchange jmat=2 range xl xu yl yuchange jmat=3 range xl xu yl yu;指定各岩层的节理标号prop mat=1 dens=2000prop mat=2 dens=2650prop mat=3 dens=2700;指定各材料的密度，⽐如1号材料dens=2000，即1⽴⽅⽶重2吨zone k=0.15e9,g=0.1e9,fric=10.00,coh=0.19e6,ten=0.09e6 range mat=1zone k=2.8e9,g=2.2e9,fric=30.00,coh=1.5e6,ten=0.4e6 range mat=2zone k=6.9e9,g=6.6e9,fric=38.62,coh=5.63e6,ten=3.20e6 range mat=3;k为材料的法向刚度，g为材料的切向刚度，friction为材料的内摩擦⾓，;cohesion为材料的内聚⼒，tension为材料的抗拉强度prop jmat=1 jkn=0.2e8,jks=0.1e7,jcoh=0,jfric=4,jten=0prop jmat=2 jkn=8e8,jks=5e7,jcoh=0.1e6,jfric=8,jten=0prop jmat=3 jkn=20e8,jks=16e7,jcoh=0.4e6,jfric=15,jten=0;jkn为节理的法向刚度，jks为节理的切向刚度，jfriction为节理的内摩擦⾓，;jcohesion为节理的内聚⼒，jtension为节理的抗拉强度set gravity 0,-9.81;设置重⼒加速度，x⽅向为0，y⽅向为-9.8bound xvel=0 range -0.1 3.00 -60.1 20.1bound xvel=0 range 97 100.1 -60.1 20.1bound yvel=0 range 0.1 100.1 -60.1 -58;采⽤位移法固定边界solve\step 5000\cycle 5000;执⾏计算save pingheng.sav;保存⽂件，⽂件的后缀为.sav，⽂件名可以⾃⼰命名。
udec数值方法
5. 有平面-应变、平面-应力及轴对称三种问题模型。
6. 具有用来描述岩石-结构相互作用的结构单元模型，如锚
剪切力：由于块体所受的剪切力与块体运动和加载的历史或
路径有关，所以对于剪切力要用增量△Ft来表示。设两块体
之间的相对位移为δt，则：Ft=Ktδt, Kt为切向刚度系数， δt为两块体之间的相对位移。
破坏条件：法向力和切向力所表示的力与位移关系 为弹性，但在某些情况下弹性关系是不成立的，需
要考虑破坏条件。如当岩块受到张力分离时，作用
t t
时刻
Fn (t t ) Fn (t ) Fn (t ) Ft (t t ) Ft (t ) Ft (t )
对于块体间不允许出现拉力，故
Fn 0
对于剪切力，其稳定状态有库仑-莫尔定量：
Ft Ft
式中
max
Fn tan j c j
Ft Fn tan Ft max
该模型的力与位移关系分别如下图所示：
（a）法向力与法向位移
（b）切向力与切向位移
刚度系数的确定：对于如图所示的两个接触块体，其 长度和宽度分别为a、b，弹性常数为E、μ。可得其法 向刚度系数为：
E K n n
2
S b 设块体厚度为 1个单位，则 Sa
二维和三维的离散元程序UDEC和3DEC。我国有2D-BLOCK和
3D-BLOCK。
应用领域：边坡、巷道与采场、地下开采、地震、爆炸、核废 料储存、散体介质运动、断裂、地下水渗流、热传导等。
UDEC 数值模拟(入门学习)
UDEC 入门;new 是刷新udec窗口，从新调用一个程序;title 与heading代表标题，后面紧跟标题的名称。
如：titlehang dao mo ni;round 指块体与块体之间的圆角半径，默认值是0.5，其值要求小于模型中最小块体的最短那条边长的二分之一。
如：round 0.05set ovtol=0.5;此命令是指层与层之间的嵌入厚度block x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4;建立模型框架，crack x1,y1 x2,y2;两点划一线jregion id n x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4 deletejset 90,0 4,0 4,0 6,0 0,-50 range jreg 3;jset 倾角,0 线段长,0 线段与线段轴向间隔长,0 垂向间距,0 xm,ym range jregion n;其中xm,ym为起始点坐标,n为设置的区域标号gen quad 10 range xl xu yl yu;在指定的区域生成一定宽度的单元（xu为x方向的取值）zone model mo range xl xu yl yu;使指定的区域材料采用摩尔--库仑本构关系计算（即弹塑性）change jcons=2 range xl xu yl yu;使指定的区域节理遵循摩尔--库仑准则计算（即弹塑性）change mat=1 range xl xu yl yuchange mat=2 range xl xu yl yuchange mat=3 range xl xu yl yu;指定各岩层的材料标号change jmat=1 range xl xu yl yuchange jmat=2 range xl xu yl yuchange jmat=3 range xl xu yl yu;指定各岩层的节理标号prop mat=1 dens=2000prop mat=2 dens=2650prop mat=3 dens=2700;指定各材料的密度，比如1号材料dens=2000，即1立方米重2吨zone k=0.15e9,g=0.1e9,fric=10.00,coh=0.19e6,ten=0.09e6 range mat=1zone k=2.8e9,g=2.2e9,fric=30.00,coh=1.5e6,ten=0.4e6 range mat=2zone k=6.9e9,g=6.6e9,fric=38.62,coh=5.63e6,ten=3.20e6 range mat=3;k为材料的法向刚度，g为材料的切向刚度，friction为材料的内摩擦角，;cohesion为材料的内聚力，tension为材料的抗拉强度prop jmat=1 jkn=0.2e8,jks=0.1e7,jcoh=0,jfric=4,jten=0prop jmat=2 jkn=8e8,jks=5e7,jcoh=0.1e6,jfric=8,jten=0prop jmat=3 jkn=20e8,jks=16e7,jcoh=0.4e6,jfric=15,jten=0;jkn为节理的法向刚度，jks为节理的切向刚度，jfriction为节理的内摩擦角，;jcohesion为节理的内聚力，jtension为节理的抗拉强度set gravity 0,-9.81;设置重力加速度，x方向为0，y方向为-9.8bound xvel=0 range -0.1 3.00 -60.1 20.1bound xvel=0 range 97 100.1 -60.1 20.1bound yvel=0 range 0.1 100.1 -60.1 -58;采用位移法固定边界solve\step 5000\cycle 5000;执行计算save pingheng.sav;保存文件，文件的后缀为.sav，文件名可以自己命名。
UDEC模拟永莲隧道
（1）断面形状隧道净宽（单洞）：基本总宽度10.75m 。
隧道建筑限界净高5.0m 。
（2）围岩级别参数选取数值模拟针对公路隧道中的Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级和Ⅵ级围岩，参数主要依据JT G D70- 2004《公路隧道设计规范》中对各级围岩物理力学参数的经验取值。
不同围岩级别参数取值（3）喷射混凝土材料参数选取喷射混凝土材料，选用隧道建设实际工程中的经验取值。
喷射混凝土材料参数取值（4）围岩节理参数选取岩体内部倾角为30°和135°虚拟节理，按照经验及工程类比取值，具体参数如下：不同级别围岩节理参数建议值（5）模型本构关系模型的本构关系选取摩尔-库伦模型，节理的本构模型关系选取库伦-滑移模型。
（6）udec模型模型选择为80×60m的长方形，由于隧道位于地下220处，模型上部边界所受力由上覆岩石容重取得，侧压力系数取1.5。
左右及下部边界固定。
（7）模拟第一步：在隧道工程建设中，单一地下开挖工程，边界开挖的距离应大于5倍开挖跨度，隧道开挖后，3~5倍洞径范围为开挖影响范围，该范围内的掩体成为围岩体，应力将产生重分布。
因此，在建立数值模型计算时主要考虑该范围内的围岩体，具体为隧道上部和下部覆盖围岩体厚度取6倍的隧道半径，为30m，，左右两边岩体厚度取8倍的隧道半径，为40m。
按照上述设计尺寸，添加倾角为30°和135°的岩层节理面，划分网格如下图所示。
模型尺寸及网格划分第二步：施加边界条件，限制左右两侧水平方向位移为0，固定底边即水平和竖向位移均为0，在上边界均布施加竖直方向5.8e6N荷载，左右边界施加均布水平荷载8.7e6N，从而模拟地应力。
第三步：选定三级围岩及对应岩体节理，赋值于数值模型内，然后进行开挖，支护。
喷射混凝土的参数根据具体工程如下所示：struct gen xc 0 yc 0 npoint 16 mat 5 thick xx fang -10 theta 360prop mat=5 st_d=2400 st_ymod=24.0e9 st_prat=0.20 st_yield=1e10prop mat=5 if_kn=1e8 if_ks=1e7 if_coh=1.0e10喷混凝土层示意图（1）开挖未支护开挖未支护X方向位移开挖未支护Y方向位移选取几个点记录位移如下所示开挖未支护模型塑性区从上图可以看出，模型在隧道开挖后在不进行初期支护的情况，隧道周围出现破坏区，出现4个软弱屈服面。
UDEC模拟实例与解析
UDEC 实例翻译与命令解析翻译：珠穆朗玛1 地震诱发地层坍塌Seismic-Induced Groundfall1.1 问题描述本例展示使用UDEC 模拟分析地震诱发地层坍塌的一类的问题,模型见图1.1,该模型基于加拿大安大略省萨德伯里市鹰桥公司弗雷则矿34-1-554 切割断面的一个剖面图的结构和尺寸. 用二维平面应变模型代表垂直于超采轴向方向的平面效应,超采面高5m,宽10m.假定两个连续节理交叉平面分析:一个角度为45 度,另一个为-9 度,两者节理间距均为5m,为了演示的目的,一个近似垂直的“虚拟节理”也被添加到块体内开挖面顶部以增强不稳定性。
围岩参数来自试验室平均测试数值，假定岩石块体参数如下：假定块体仅具有弹性行为，节理假定符合库伦滑动准则，选择典型的教课书数值作为节理参数，如下：初始应力状态按各向同性估计为24Mpa（假定垂直荷载由覆盖深度大约800m 的岩层产生）。
1.2 UDEC 分析UDEC 模拟顺序分三个阶段,首先,模型在初始应力状态下进行无超采固结.其次,进行开挖并且模型循环至平衡状态.本阶段超采面周围的应力分布见图 1.2.超采正上方和下方的块体滑动后稳定.在第三阶段.估计了两个不同的峰值速度的地震事件.对所有地震模拟,在问题域的外周边界引入粘滞边界用以消除波的反射.从而模拟有限的岩体,地震事件用施加到模型顶部y 方向的正弦应力波表现.应力波被叠加到已存在的初始地应力上.在第一个模拟中,施加1.25Mpa 的峰值应力,应当注意的是,由于粘滞边界条件实际是在模型顶部, 施加的有效影响应力应该是1.25 MPa/2, or 0.625 MPa.0.02 秒后的开挖面拱顶的应力分布见图1.3,两点的位移被监测,1 点位于开挖面的左角,点2 位于拱顶块体的右角, 图1.4 的位移时间曲线显示两点本质上是弹性反应.本例关心的问题是在模型顶部施加的速度和计算速度的对比,下面的公式可以用以估计施加的波速..估计的波速和监测波速的不同在于使用的围岩模量.而是没有考虑节理变形的相等变形模量在问题的顶部预测的波速(从上面的方程)是0.4m/sec.从模型中计算的波速见图1.11,再次,由于使用的是原岩弹性模量而不是岩体的变形模量导致预测和监测的波速之间的差异.1.3 节包含了该模型的数据列表,该列表包含了一个FISH 函数(show)被用来创建坍塌的动画文件,每隔0.02 秒俘获一个显示的图片.通过改变FISH 参数time_int 可以改变动画帧的间隔.视图的总数也可以通过改变snap_shot 的数值进行改变.为了显示80 帧的显示图片而创建的该电影文件需要大概13MB 的硬盘空间.1.3 数据文件列表Example 1.1 SEISMIC.DATtitleSEISMIC INDUCED ROOF COLLAPSE 地震诱发拱顶坍塌;round 0.01; define original boundary of modeled region 定义模型区域的原始边界block -25,-20 -25,20 25,20 25,-20; generate joint pattern over entire original region 在整个原始区域生成节理形态jregion id 1 -25,-25 -25,25 25,25 25,-25jset 45,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1jset -9,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1; put in joints needed for the later excavation为了后面开挖而设置的节理crack -5.01,-2.51 5.01,-2.51crack -5.01, 2.51 5.01, 2.51crack -5,-2.5 -5,2.5crack 5,-2.5 5,2.5crack 2.25,2.5 1.93,5.0; generate fdef zones and assign joint properties (mat=1 & jmat=1;default) 生成单元和设置节理参数generate edge 9.0 range -30,30 -30,30prop mat=1 d=0.00300 k=39060 g=31780prop jmat=1 jkn=20000 jks=20000prop jmat=1 jf=30.0; apply boundary conditions and initial conditions to 在地应力下施加边界条件和初始条件; consolidate model under field stressesbound stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3insitu stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3bound yvel 0.0 range -26,26 -21,-19grav 0.0 -10.0; track the x-displacement, and y-displacement over time追踪位移hist solvehist xdis=0,7 ydis=0,7 type 1solve rat 1e-5; save consolidated statesave seismic1.sav; make excavationdelete range -5,5 -2.5,2.5solve rat 1e-5; save excavated statesave seismic2.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.04 m/sec);; set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -1.25 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21;reset time hist disp rothist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 mass; 0.02 sec.cyc time 0.02save seismic3.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.4 m/sec); set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -12.5 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21reset time hist disphist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 masssave seismov.sav;; 0.02 sec.—————————————————————————————————————cyc time 0.02save seismic4.sav; 0.25 sec.cyc time 0.23save seismic5.sav; 0.50 sec.cyc time 0.25save seismic6.sav; 0.75 seccyc time 0.25save seismic7.sav;rest seismov.sav; make a movie of the groundfall;wind -12 12 -12 12set ovtol 0.05plot block vel max 2.0 blue stress max 50movie onmovie file = seismic.dcxmovie step 1000step 400003 隧道支护荷载Tunnel Support Loading3.1 问题陈述本例模拟展示了UDEC 在检查衬砌隧道方面的应用,着重强调了荷载在混凝土衬砌中的发展,本例也解释了模拟连续建造操作中独立阶段的模拟程序.隧道系统的理想几何体见图3.1.系统包含在海床下大约70m(中线)深度,中线间距12m 的两个隧道, 初始水位在隧道中线上方110m 处.服务隧道直径5.24m,衬砌厚度37cm.主隧道直径8.22m,衬砌厚度46cm.服务隧道先于主隧道开挖和衬砌.随后设置主隧道衬砌,水位上升增加到100m.—————————————————————————————————————施工顺序是:(1)开挖服务隧道excavation of the service tunnel;(2)衬砌服务隧道lining of the service tunnel; (3)开挖主隧道excavation of the main tunnel; (4)衬砌主隧道lining of the main tunnel; and (5)升高水位raising of the water level.分析的目的是评价每个施工阶段服务隧道和主隧道支护状况.本例的材料参数见下:岩体——开挖隧道的围岩参数为：弹性模量elastic modulus 0.89 GPa泊松比Poisson’s ratio 0.35单轴抗压强度uniaxial compressive strength 3.5 MPa粘聚力cohesion 1 MPa密度density 1340 kg/m3混凝土衬砌——弹性模量为24 GPa ，泊松比为0.19. 假定衬砌为线弹性材料。
UDEC3.1中文说明
通用离散元用户指导（U D E C 3.1）北京科技大学2004.9目录1 引言 (1)1.1 总论 (1)1.2 与其他方法的比较 (2)1.3 一般特性 (2)1.4 应用领域 (3)2 开始启动 (4)2.1 安装和启动程序 (4)2.1.7 内存赋值 (4)2.1.9 运行UDEC (5)2.1.10 安装测试程序 (5)2.2 简单演示－通用命令的应用 (5)2.3 概念与术语 (6)2.4 UDEC模型：初始块体的划分 (8)2.5 命令语法 (9)2.6 UDEC应用基础 (10)2.6.1 块体划分 (10)2.6.2 指定材料模型 (16)2.6.2.1 块体模型 (16)2.6.2.2 节理模型 (17)2.6.3 施加边界条件和初始条件 (19)2.6.4 迭代为初始平衡 (21)2.6.5 进行改变和分析 (24)2.6.6 保存或恢复计算状态 (25)2.6.7 简单分析的总结 (25)2.8 系统单位 (26)3 用UDEC求解问题 (27)3.1 一般性研究 (27)3.1.1 第1步：定义分析模型的对象 (28)3.1.2 第2步：产生物理系统的概念图形 (28)3.1.3 第3步：建造和运行简单的理想模型 (28)3.1.4 第4步：综合特定问题的数据 (29)3.1.5 第5步：准备一系列详细的运行模型 (29)3.1.6 第6步：进行模型计算 (29)3.1.7 第7步：提供结果和解释 (30)3.2 产生模型 (30)3.2.1 确定UDEC模型合适的计算范围 (30)3.2.2 产生节理 (32)3.2.2.1 统计节理组生成器 (32)3.2.2.2 VORONOI多边形生成器 (34)3.2.2.3 例子 (34)3.2.3 产生内部边界形状 (35)3.3 变形块体和刚体的选择 (38)3.4 边界条件 (42)3.4.1 应力边界 (42)3.4.1.1 施加应力梯度 (43)3.4.1.2 改变边界应力 (44)3.4.1.3 打印和绘图 (44)3.4.1.4 提示和建议 (45)3.4.2 位移边界 (46)3.4.3 真实边界－选择合理类型 (46)3.4.4 人工边界 (46)3.4.4.1 对称轴 (46)3.4.4.2 截取边界 (46)3.4.4.3 边界元边界 (49)3.5 初始条件 (50)3.5.1 在均匀介质中的均匀应力：无重力 (50)3.5.2 无节理介质中具有梯度变化的应力：均匀材料 (51)3.5.3 无节理介质中具有梯度变化的应力：非均匀材料 (51)3.5.4 具有非均匀单元的密实模型 (52)3.5.5 随模型变化的初始应力 (53)3.5.6 节理化介质的应力 (54)3.5.7 绘制应力等值线图 (55)3.6 加载与施工模拟 (57)3.7 选择本构模型 (62)3.7.1 变形块体材料模型 (63)3.7.2 节理材料模型 (64)3.7.3 合理模型的选择 (65)3.8 材料性质 (71)3.8.1 岩块性质 (71)3.8.1.1 质量密度 (71)3.8.1.2 基本变形性质 (71)3.8.1.3 基本强度性质 (72)3.8.1.4 峰后效应 (73)3.8.1.5 现场性质参数的外延 (77)3.8.2 节理性质 (80)3.9 提示和建议 (81)3.9.1 节理几何形状的选择 (81)3.9.2 设计模型 (81)3.9.3 检查模型运行时间 (82)3.9.4 对允许时间的影响 (82)3.9.5 单元密度的考虑 (83)3.9.6 检查模型响应 (83)3.9.7 检查块体接触 (83)3.9.8 应用体积模量和剪切模量 (83)3.9.9 选择阻尼 (84)3.9.10 给块体和节理模型指定模型和赋值 (84)3.9.11 避免圆角误差 (85)3.9.12 接触嵌入 (85)3.9.13 非联结块体 (86)3.9.14 初始化变量 (86)3.9.15 确定坍塌荷载 (86)3.9.16 确定安全系数 (86)3.10 解释 (88)3.10.1 不平衡力 (88)3.10.2 块体/网格结点的速度 (88)3.10.3 块体破坏的塑性指标 (89)3.11 模拟方法 (89)3.11.1 有限数据系统模拟 (89)3.11.2 混沌系统的模拟 (90)3.11.3 局部化、物理的不稳定性和应力路径 (91)1 引言1.1 总论通用离散元程序（UDEC，Universal Distinct Element Code）是一个处理不连续介质的二维离散元程序。
udec命令总结精华-正宗
《Udec 命令总结》精华版1. 安装、打开、保存(1) 安装：①执行Udec 3.1→将Crack文件中的内容替换；②复制Udec.exe,粘贴为快捷方式→属性，目标，加入空格256【开始内存8M，将内存改为256】，可以复制快捷方式至桌面或硬盘。
(2) 打开：①直接在udec> 命令行输入；②写好程序，udec>命令输入call，然后将*.txt文件拖入命令行，执行(3) 保存：输入save d:\kaicai.sav, 调用命令rest，将kaicai.sav 拖入命令行【！！！文件名最好不用汉字，有时候不识别】注释：如果保存为save d:\111\kaicai.sav, 注意其中111文件必须提前建好，否则无法保存或者保存错误(4) 操作：Ctrl+Z选中图像可以放大，Ctrl+Z 双击复原，屏幕中会出现十字叉，按住鼠标左键不放，移动光标直到你满意的窗口为止；pause暂停，此时可以察看任何信息；continue继续调用下面程序段。
ESC可以随时进行停止，但不能继续；英文分号; 表示注释不运行命令。
2. 基本命令2.1 基本设置Udec>n【new刷新窗口，从新调用一个程序，修改后的*.txt文件必须输入n，重新运行文本文件】Udec>title 【或heading代表标题，后面紧跟标题的名称。
如：hang dao mo ni 或济宁三号井围岩变形破坏规律研究】Udec> round d 【“圆角”命令，Udec中所有的块体都有圆角，目的是为防止块体悬挂在有棱角的节点上，由于块体悬挂将产生应力集中。
d指块体与块体之间的圆角半径，默认值是0.5，其值要求小于模型中最小块体的最短那条边长的二分之一，最大圆角长度不能超过块体平均棱长的1%。
在block 命令前指定圆角长度。
如：round 0.05】圆角图1 10×10块体圆角Udec>set ovtol 0.5 【此命令是指层与层之间的嵌入厚度，当提示为“overlap too large”时就需要修改此值更大一些，可以显示设计的块体，plot overlap！嵌入太大的原因可能为块体强度太小】Udec>set log onprintset log off 【命令用于导出数据，可以将数据导出至硬盘f:\】命令：set log f:\yuanyan.logprint pline 1 syy 【记录测线1应力】print pline 2 ydisset log off;设置观测线set pline 1 x1,y1 x2,y2 n (n--观测线分的段数)set pline 25,20 300,20 10 ;定义测线，起始点坐标，测线分段2.2 图形划分;块体命令Udec> block x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4【建立模型框架，四个坐标角点必须按“顺时针”排列，也可以为五个坐标点。
udec模拟实例
6.4喷射混凝土UDEC模拟6.4.1 UDEC简介刚体离散单元法一般认为Cundall于1971年提出来的。
该法适用于研究在准静力或动力条件下的节理系统或块体集合的力学问题，最初用来分析岩石边坡的运动。
该法是在牛顿第二定律的基础上建立起来的, 假设块体为准刚度体，块体运动主要受节理或弱面控制。
刚性块体的假设对于应力水平较低的问题，如边坡稳定是合理的。
将节理岩体视为由裂隙切割的非连续介质，相互切割的裂隙将岩体分成相互独立的块体单元，单元之间可以看成是角-角接触、角-边接触或边-边接触。
块体间的边-边接触可分解为由两个角-边接触而成，并且随着单元的平移和转动，允许调整各个单元之间的接触关系，最终块体单元可能达到平衡状态，也可能一直运动下去。
这些块体在平衡条件发生变化时，块体之间就产生相互作用力，从而导致块体产生一定的加速度和位移，使块体的空间位置和状态发生变化。
运动的块体之间，由于差异位移矢量的存在，从而使块体之间又发生新的作用力，根据新的力系，又可以计算出来各个块体在新的力系下的加速度、位移及新的运动位置。
如此反复迭代直到整个体系在新的力系作用下达到平衡状态为止，这样整个岩体的破坏运动过程就被真实的模拟出来。
离散单元法可以对由不同块体构成的整体进行应力、应变的分析计算，各不同块体之间通过接触点的耦合而互相连接在一起。
就大多数岩体来说，其构造弱面的刚度和强度均比岩石本身要小得多，从这点出发，为了减少研究对象的不确定性（自由度）的数量，通常假定各不同岩石块体为刚性，结构产生的总位移仅仅是由各接触点（面）的变形所引起。
这里的研究对象被认为是各种离散块体的堆砌，块体之间的相互作用力可根据位移和力的关系式来求解，单个块体的运动遵循牛顿运动定律，即力和力矩的平衡。
数值分析模型的建立必须满足平衡方程、变形协调方程和本构方程，此外，还需要满足一定的边界条件。
但离散元块体之间不存在变形协调的约束，因为块体之间是彼此互不约束的，因而仅需满足物理方程和运动方程。
UDEC模拟[技巧]
![UDEC模拟[技巧]](https://img.taocdn.com/s3/m/aca4360ca9114431b90d6c85ec3a87c240288aee.png)
1 模型的建立建立数学模型是数值模拟工作的首要任务, 模型建立正确与否, 是能否获得符合实际计算结果的前提, 模型的设计, 必须遵循下列原则:采动覆岩移动的影响因素很多, 模型的设计,必须突出影响采动覆岩移动的主要因素, 并尽可能多地考虑其它重要因素。
模型是由实体简化的, 但应不失一般性。
模型的设计, 必须能很好地反映材料的物理力学特性,如材料的均匀性, 弱面影响及非线性等。
地下工程实际上是半无限域问题, 但数值模拟只能是在有限的范围内进行。
因此, 模型的设计,必须考虑其边界效应, 选择适当的边界条件。
任何地下工程, 也都是一个时空问题, 采动围岩移动也是如此。
因此, 模型的设计,必须能体现工作面的推进与接续, 能体现出覆岩冒落、底板膨胀鼓起及变形移动的时间过程。
模型的设计, 应尽可能便于数值模拟计算, 在模型范围及受力分析方面, 既要满足弹塑性理论对应力分析的基本要求, 又要顾及现有计算机的容量。
2 模型的基本参数各岩层物理力学参数按表2.1选取，表中抗拉强度、泊松比参考附近矿区岩层实际参数，由于该矿并没有各岩层粘聚力和摩擦角等参数，粘聚力、摩擦角和弹性模量按该岩性岩体平均参数选取，体积模量和剪切模量由泊松比和弹性模量按公式计算得出。
νE K=3（1-2） νEG=2（1+）式中：K 为岩体体积模量；G 为岩体剪切模量；E 为岩体的弹性模量；ν为岩体的泊松比。
表2.1 模型中采用的岩体物理力学参数岩层名称岩层厚度/m体积模量/GPa 剪切模量 /GPa 抗拉强度 /MPa 粘聚力 /MPa 内摩擦 角/° 砂质泥岩或粉砂岩15.63 3.125 2.542 0.8 2.5 35 11煤10.94 2.381 1.163 0.65 1.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩2 43.67 3.571 2.459 0.74 2.5 35 砂质泥岩或粉砂岩37.92 6.667 2.222 0.76 2.5 35 9煤6.4 2.381 1.163 0.65 1.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩421.83 2.857 2.609 1 2.5 35 8煤3.52 2.381 1.163 0.65 1.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩527.77 10 2.143 0.72 2.5 35 6煤6.35 2.381 1.163 0.65 2.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩611.42 10 2.1430.88 2.5 35 砾岩502.1351.6680.82.234依据工作面的地质条件, 建立图1所示的数值计算模型。
离散单元程序UDEC3DEC 工程案例集
序 言针对岩土体问题开发的Itasca数值计算软件FLAC/FLAC3D、UDEC/3DEC、PFC2D/PFC3D无疑赢得了国际范围内最广泛的首肯，已经成为全世界范围内岩土体领域覆盖面最广、用户最多的软件产品，在科学研究和生产实践环节越来越发挥重要的作用。
Itasca软件的开发最早要追溯到1971年Peter Cundall院士提出离散元的概念，80年代初，Itasca推出的第一款商业化数值计算软件为UDEC，此后才陆续发展了其他数值计算软件。
作为一家以解决超常规工程问题为主的高端技术咨询机构，遍布世界五大洲共12个国家的Itasca咨询专家和工程师也是Itasca软件最忠实的用户，在几十年日复一日地应用这些软件解决复杂现实工程问题的同时，也在应用环节积累了独到的心得和体会，成为Itasca标志性技术特长之一。
相对于FLAC/FLAC3D而言，中国岩土工程界或许对非连续方法程序UDEC/3DEC、以及PFC2D/PFC3D的认识还不是很深入，学术界对非连续方法的成熟性可能还存在一些疑虑。
事实上，自80年代起，Itasca专家已越来越广泛地采用非连续方法程序解决复杂的实际工程问题。
鉴于这种情况，我们汇总了UDEC/3DEC的一些应用实例，分别从模型几何构建、计算策略、特定专题、成果解译等几个环节比较系统地介绍了在Itasca内部完成的一些成果。
其中的大多数实例来自中国，也出自Itasca中国公司技术人员之手，更贴近中国现实地介绍一些具有世界水平的应用成果。
实现数值计算工程应用是已经存在的客观现实，实现数值计算工程应用需要丰富的积累，理解并合理选择程序就是基础性环节之一。
我们希望这些实例介绍能帮助数值计算人员更全面地认识UDEC/3DEC程序，更希望通过更合理地选择和运用程序促进数值计算工程应用整体水平的提高。
编者：朱焕春、孟国涛几何篇之案例一：地下工程规则几何形态的模拟问题的提出:水电站、交通、地下实验场等领域的生产和科研工作中地下建筑物的特点是形态规则但结构复杂，对这些规则且形态复杂地下结构洞室群的模拟是数值计算的基础。
UDEC模拟实例与解析
UDEC 实例翻译与命令解析翻译：珠穆朗玛1 地震诱发地层坍塌 Seismic-Induced Groundfall1.1 问题描述本例展示使用 UDEC 模拟分析地震诱发地层坍塌的一类的问题,模型见图 1.1,该模型基 于加拿大安大略省萨德伯里市鹰桥公司弗雷则矿 34-1-554 切割断面的一个剖面图的结构和 尺寸. 用二维平面应变模型代表垂直于超采轴向方向的平面效应,超采面高 5m,宽 10m.假定两个连续节理交叉平面分析:一个角度为 45 度,另一个为-9 度,两者节理间距均为 5m,为了演示的目的,一个近似垂直的“虚拟节理”也被添加到块体内开挖面顶部以增强不稳 定性。
围岩参数来自试验室平均测试数值，假定岩石块体参数如下：假定块体仅具有弹性行为，节理假定符合库伦滑动准则，选择典型的教课书数值作为节 理参数，如下：初始应力状态按各向同性估计为24Mpa（假定垂直荷载由覆盖深度大约800m 的岩层产生）。
1.2 UDEC 分析UDEC 模拟顺序分三个阶段,首先,模型在初始应力状态下进行无超采固结.其次,进行开挖并且模型循环至平衡状态.本阶段超采面周围的应力分布见图1.2.超采正上方和下方的块体滑动后稳定.在第三阶段.估计了两个不同的峰值速度的地震事件.对所有地震模拟,在问题域的外周边界引入粘滞边界用以消除波的反射.从而模拟有限的岩体,地震事件用施加到模型顶部y 方向的正弦应力波表现.应力波被叠加到已存在的初始地应力上.在第一个模拟中,施加1.25Mpa 的峰值应力,应当注意的是,由于粘滞边界条件实际是在模型顶部, 施加的有效影响应力应该是1.25 MPa/2, or 0.625 MPa.0.02 秒后的开挖面拱顶的应力分布见图1.3,两点的位移被监测,1 点位于开挖面的左角,点2 位于拱顶块体的右角, 图1.4 的位移时间曲线显示两点本质上是弹性反应.本例关心的问题是在模型顶部施加的速度和计算速度的对比,下面的公式可以用以估计施加的波速.使用这个方程,施加的最大波速大概是0.04m/sec,图1.5 显示的峰值波速小于0.06m/sec. 估计的波速和监测波速的不同在于使用的围岩模量.而是没有考虑节理变形的相等变形模量.在第二个案例中,施加应力波峰值12.5 Mpa(有效应力6.25Mpa).0.02 秒后的开挖拱顶应力分布见图1.6.该图显示出拱顶岩体不受力,表面该块体已经松散并正在下落.对于关心的问题,后来三个时间的几何体和应力分布见图1.8 至图1.10.在问题的顶部预测的波速(从上面的方程)是0.4m/sec.从模型中计算的波速见图1.11,再次,由于使用的是原岩弹性模量而不是岩体的变形模量导致预测和监测的波速之间的差异.1.3 节包含了该模型的数据列表,该列表包含了一个FISH 函数(show)被用来创建坍塌的动画文件,每隔0.02 秒俘获一个显示的图片.通过改变FISH 参数time_int 可以改变动画帧的间隔.视图的总数也可以通过改变snap_shot 的数值进行改变.为了显示80 帧的显示图片而创建的该电影文件需要大概13MB 的硬盘空间.1.3 数据文件列表Example 1.1 SEISMIC.DATtitleSEISMIC INDUCED ROOF COLLAPSE 地震诱发拱顶坍塌;round 0.01; define original boundary of modeled region 定义模型区域的原始边界block -25,-20 -25,20 25,20 25,-20; generate joint pattern over entire original region 在整个原始区域生成节理形态jregion id 1 -25,-25 -25,25 25,25 25,-25jset 45,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1jset -9,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1; put in joints needed for the later excavation 为了后面开挖而设置的节理crack -5.01,-2.51 5.01,-2.51crack -5.01, 2.51 5.01, 2.51crack -5,-2.5 -5,2.5crack 5,-2.5 5,2.5crack 2.25,2.5 1.93,5.0; generate fdef zones and assign joint properties (mat=1 & jmat=1;default) 生成单元和设置节理参数generate edge 9.0 range -30,30 -30,30prop mat=1 d=0.00300 k=39060 g=31780prop jmat=1 jkn=20000 jks=20000prop jmat=1 jf=30.0; apply boundary conditions and initial conditions to 在地应力下施加边界条件和初始条件; consolidate model under field stressesbound stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3insitu stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3bound yvel 0.0 range -26,26 -21,-19grav 0.0 -10.0; track the x-displacement, and y-displacement over time 追踪位移hist solvehist xdis=0,7 ydis=0,7 type 1solve rat 1e-5; save consolidated statesave seismic1.sav; make excavationdelete range -5,5 -2.5,2.5solve rat 1e-5; save excavated statesave seismic2.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.04 m/sec);; set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -1.25 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21 ;reset time hist disp rothist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 mass; 0.02 sec.cyc time 0.02save seismic3.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.4 m/sec); set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -12.5 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21 reset time hist disphist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 masssave seismov.sav;; 0.02 sec.cyc time 0.02save seismic4.sav; 0.25 sec.cyc time 0.23save seismic5.sav; 0.50 sec.cyc time 0.25save seismic6.sav; 0.75 seccyc time 0.25save seismic7.sav;rest seismov.sav; make a movie of the groundfall;wind -12 12 -12 12set ovtol 0.05plot block vel max 2.0 blue stress max 50movie onmovie file = seismic.dcxmovie step 1000step 400003 隧道支护荷载Tunnel Support Loading3.1 问题陈述本例模拟展示了UDEC 在检查衬砌隧道方面的应用,着重强调了荷载在混凝土衬砌中的发展,本例也解释了模拟连续建造操作中独立阶段的模拟程序.隧道系统的理想几何体见图3.1.系统包含在海床下大约70m(中线)深度,中线间距12m 的两个隧道, 初始水位在隧道中线上方110m 处.服务隧道直径5.24m,衬砌厚度37cm.主隧道直径8.22m,衬砌厚度46cm.服务隧道先于主隧道开挖和衬砌.随后设置主隧道衬砌,水位上升增加到100m.施工顺序是:(1)开挖服务隧道excavation of the service tunnel;(2)衬砌服务隧道lining of the service tunnel; (3)开挖主隧道excavation of the main tunnel; (4)衬砌主隧道lining of the main tunnel; and (5)升高水位raising of the water level.分析的目的是评价每个施工阶段服务隧道和主隧道支护状况.本例的材料参数见下:岩体——开挖隧道的围岩参数为：弹性模量elastic modulus 0.89 GPa泊松比Poisson’s ratio 0.35单轴抗压强度uniaxial compressive strength 3.5 MPa粘聚力cohesion 1 MPa密度density 1340 kg/m3混凝土衬砌——弹性模量为24 GPa ，泊松比为0.19. 假定衬砌为线弹性材料。
UDEC数值仿真方法在矿山岩体力学实验教学中的应用
实 验 技 术 与 管 理 第38卷 第9期 2021年9月Experimental Technology and Management Vol.38 No.9 Sep. 2021收稿日期: 2021-03-25基金项目: 国家自然科学基金项目（52064042）；内蒙古自治区教育科学“十三五”规划课题（NGJGH2018124）；内蒙古自治区自然科学基金项目（2020BS05004）；内蒙古科技大学创新基金项目（2019QDL-B34）作者简介: 王二雨（1989—），男，内蒙古包头，博士，讲师，主要从事矿山岩体力学方面的教学与科研工作，2019958@ 。
引文格式: 王二雨，戴雨馨，王文才，等. UDEC 数值仿真方法在矿山岩体力学实验教学中的应用[J]. 实验技术与管理, 2021, 38(9): 220-223. Cite this article: WANG E Y, DAI Y X, WANG W C, et al. Application of UDEC numerical simulation method in experimental teaching of mine rock mass mechanics[J]. Experimental Technology and Management, 2021, 38(9): 220-223. (in Chinese)ISSN 1002-4956 CN11-2034/TDOI: 10.16791/ki.sjg.2021.09.044UDEC 数值仿真方法在矿山岩体力学实验教学中的应用王二雨1，戴雨馨2，王文才1，吕鹏飞1，陈光波1（1. 内蒙古科技大学 矿业与煤炭学院，内蒙古 包头 014010； 2. 内蒙古工业大学 材料科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特 010051）摘 要：与传统矿山岩体力学实验教学手段相比，UDEC 离散元数值仿真方法可以精确描述矿山岩体内部的各向异性和非均质性构造，直观、深入、可重复地研究应力扰动下矿山岩体破坏过程中的能量、应力、位移、裂隙演化规律，进而揭示矿山岩体破裂机理，可操作性较强、学生容易领悟，且省时省力、成本较低。
udec中文说明
通用离散元用户指导（U D E C 3.1）山东科技大学2004.9目 录1 引 言 (1)1.1 总 论 (1)1.2 与其他方法的比较 (2)1.3 一般特性 (2)1.4 应用领域 (3)2 开始启动 (4)2.1 安装和启动程序 (4)2.1.7 内存赋值 (4)2.1.9 运行UDEC (5)2.1.10 安装测试程序 (5)2.2 简单演示－通用命令的应用 (5)2.3 概念与术语 (6)2.4 UDEC模型：初始块体的划分 (8)2.5 命令语法 (9)2.6 UDEC应用基础 (10)2.6.1 块体划分 (10)2.6.2 指定材料模型 (16)2.6.2.1 块体模型 (16)2.6.2.2 节理模型 (17)2.6.3 施加边界条件和初始条件 (19)2.6.4 迭代为初始平衡 (21)2.6.5 进行改变和分析 (24)2.6.6 保存或恢复计算状态 (25)2.6.7 简单分析的总结 (25)2.8 系统单位 (26)3 用UDEC求解问题 (27)3.1 一般性研究 (27)3.1.1 第1步：定义分析模型的对象 (28)3.1.2 第2步：产生物理系统的概念图形 (28)3.1.3 第3步：建造和运行简单的理想模型 (28)3.1.4 第4步：综合特定问题的数据 (29)3.1.5 第5步：准备一系列详细的运行模型 (29)3.1.6 第6步：进行模型计算 (29)3.1.7 第7步：提供结果和解释 (30)3.2 产生模型 (30)3.2.1 确定UDEC模型合适的计算范围 (30)3.2.2 产生节理 (32)3.2.2.1 统计节理组生成器 (32)3.2.2.2 VORONOI多边形生成器 (34)3.2.2.3 例子 (34)3.2.3 产生内部边界形状 (35)3.3 变形块体和刚体的选择 (38)3.4 边界条件 (42)3.4.1 应力边界 (42)3.4.1.1 施加应力梯度 (43)3.4.1.2 改变边界应力 (44)3.4.1.3 打印和绘图 (44)3.4.1.4 提示和建议 (45)3.4.2 位移边界 (46)3.4.3 真实边界－选择合理类型 (46)3.4.4 人工边界 (46)3.4.4.1 对称轴 (46)3.4.4.2 截取边界 (46)3.4.4.3 边界元边界 (49)3.5 初始条件 (50)3.5.1 在均匀介质中的均匀应力：无重力 (50)3.5.2 无节理介质中具有梯度变化的应力：均匀材料 (51)3.5.3 无节理介质中具有梯度变化的应力：非均匀材料 (51)3.5.4 具有非均匀单元的密实模型 (52)3.5.5 随模型变化的初始应力 (53)3.5.6 节理化介质的应力 (54)3.5.7 绘制应力等值线图 (55)3.6 加载与施工模拟 (57)3.7 选择本构模型 (62)3.7.1 变形块体材料模型 (63)3.7.2 节理材料模型 (64)3.7.3 合理模型的选择 (65)3.8 材料性质 (71)3.8.1 岩块性质 (71)3.8.1.1 质量密度 (71)3.8.1.2 基本变形性质 (71)3.8.1.3 基本强度性质 (72)3.8.1.4 峰后效应 (73)3.8.1.5 现场性质参数的外延 (77)3.8.2 节理性质 (80)3.9 提示和建议 (81)3.9.1 节理几何形状的选择 (81)3.9.2 设计模型 (81)3.9.3 检查模型运行时间 (82)3.9.4 对允许时间的影响 (82)3.9.5 单元密度的考虑 (83)3.9.6 检查模型响应 (83)3.9.7 检查块体接触 (83)3.9.8 应用体积模量和剪切模量 (83)3.9.9 选择阻尼 (84)3.9.10 给块体和节理模型指定模型和赋值 (84)3.9.11 避免圆角误差 (85)3.9.12 接触嵌入 (85)3.9.13 非联结块体 (86)3.9.14 初始化变量 (86)3.9.15 确定坍塌荷载 (86)3.9.16 确定安全系数 (86)3.10 解 释 (88)3.10.1 不平衡力 (88)3.10.2 块体/网格结点的速度 (88)3.10.3 块体破坏的塑性指标 (89)3.11 模拟方法 (89)3.11.1 有限数据系统模拟 (89)3.11.2 混沌系统的模拟 (90)3.11.3 局部化、物理的不稳定性和应力路径 (91)1 引言1.1 总论通用离散元程序（UDEC，Universal Distinct Element Code）是一个处理不连续介质的二维离散元程序。
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USTB
UDEC软件应用
建模
变化分析
迭代计算
结果输出
UDEC软件应用－－建模
USTB
设计模型尺寸
划分块体和节理
定义本构模型
建模
给出材料力学参数
确定模型边界条件
迭代使之平衡
USTB
UDEC软件应用－－建模
块体生成： Block x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4
UDEC软件应用－－建模
USTB
边界条件：Boundary stress sxx sxy syy range x1,x2 y1,y2 Boundary ygrad sxxy sxyy syyy
UDEC软件应用－－边界条件命令总结
USTB
命令
BOUNDARY
Stress
Xload Yload
Xvel Yvel
FIX
FREE
LOAD
Xload Yload
效果
施加总应力到刚体或变形体块体的边界 上 施加刚体或变形体边界的x方向的荷载
施加刚体或变形体边界的y方向的荷载 施加变形体边界的x方向的速度（位移）
施加变形体边界的y方向的速度（位移）
固定刚体边界的速度（位移）
释放刚体的速度（位移） 施加x方向的荷载到刚体的边界 施加y方向的荷载到刚体的边界
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UDEC简介－应用范畴
USTB ◆ 便于处理所有非线性变形和破坏都集中在节理面上为特征的岩体破坏问题。 ◆ 求解连续介质及连续介质向非连续介质转化的力学问题。 ◆ 广泛应用于模拟边坡，滑坡和节理岩体地下水渗流。 ◆ 土壤开裂，分离等非连续现象。 ◆ 围岩洞室破坏诱发断裂，滑移。 ◆ 特别适用于模拟计算节理岩体破坏与大变形，地下结构和深部高辐射废料的储存 研究。
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^`UDEC 实例翻译与命令解析翻译：珠穆朗玛1 地震诱发地层坍塌 Seismic-Induced Groundfall1.1 问题描述本例展示使用 UDEC 模拟分析地震诱发地层坍塌的一类的问题,模型见图 1.1,该模型基 于加拿大安大略省萨德伯里市鹰桥公司弗雷则矿 34-1-554 切割断面的一个剖面图的结构和 尺寸. 用二维平面应变模型代表垂直于超采轴向方向的平面效应,超采面高 5m,宽 10m.假定两个连续节理交叉平面分析:一个角度为 45 度,另一个为-9 度,两者节理间距均为 5m,为了演示的目的,一个近似垂直的“虚拟节理”也被添加到块体内开挖面顶部以增强不稳 定性。
围岩参数来自试验室平均测试数值，假定岩石块体参数如下：假定块体仅具有弹性行为，节理假定符合库伦滑动准则，选择典型的教课书数值作为节 理参数，如下：初始应力状态按各向同性估计为24Mpa（假定垂直荷载由覆盖深度大约800m 的岩层产生）。
1.2 UDEC 分析UDEC 模拟顺序分三个阶段,首先,模型在初始应力状态下进行无超采固结.其次,进行开挖并且模型循环至平衡状态.本阶段超采面周围的应力分布见图1.2.超采正上方和下方的块体滑动后稳定.在第三阶段.估计了两个不同的峰值速度的地震事件.对所有地震模拟,在问题域的外周边界引入粘滞边界用以消除波的反射.从而模拟有限的岩体,地震事件用施加到模型顶部y 方向的正弦应力波表现.应力波被叠加到已存在的初始地应力上.在第一个模拟中,施加1.25Mpa 的峰值应力,应当注意的是,由于粘滞边界条件实际是在模型顶部, 施加的有效影响应力应该是1.25 MPa/2, or 0.625 MPa.0.02 秒后的开挖面拱顶的应力分布见图1.3,两点的位移被监测,1 点位于开挖面的左角,点2 位于拱顶块体的右角, 图1.4 的位移时间曲线显示两点本质上是弹性反应.本例关心的问题是在模型顶部施加的速度和计算速度的对比,下面的公式可以用以估计施加的波速.使用这个方程,施加的最大波速大概是0.04m/sec,图1.5 显示的峰值波速小于0.06m/sec. 估计的波速和监测波速的不同在于使用的围岩模量.而是没有考虑节理变形的相等变形模量.在第二个案例中,施加应力波峰值12.5 Mpa(有效应力6.25Mpa).0.02 秒后的开挖拱顶应力分布见图1.6.该图显示出拱顶岩体不受力,表面该块体已经松散并正在下落.对于关心的问题,后来三个时间的几何体和应力分布见图1.8 至图1.10.在问题的顶部预测的波速(从上面的方程)是0.4m/sec.从模型中计算的波速见图1.11,再次,由于使用的是原岩弹性模量而不是岩体的变形模量导致预测和监测的波速之间的差异.1.3 节包含了该模型的数据列表,该列表包含了一个FISH 函数(show)被用来创建坍塌的动画文件,每隔0.02 秒俘获一个显示的图片.通过改变FISH 参数time_int 可以改变动画帧的间隔.视图的总数也可以通过改变snap_shot 的数值进行改变.为了显示80 帧的显示图片而创建的该电影文件需要大概13MB 的硬盘空间.1.3 数据文件列表Example 1.1 SEISMIC.DATtitleSEISMIC INDUCED ROOF COLLAPSE 地震诱发拱顶坍塌;round 0.01; define original boundary of modeled region 定义模型区域的原始边界block -25,-20 -25,20 25,20 25,-20; generate joint pattern over entire original region 在整个原始区域生成节理形态jregion id 1 -25,-25 -25,25 25,25 25,-25jset 45,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1jset -9,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1; put in joints needed for the later excavation 为了后面开挖而设置的节理crack -5.01,-2.51 5.01,-2.51crack -5.01, 2.51 5.01, 2.51crack -5,-2.5 -5,2.5crack 5,-2.5 5,2.5crack 2.25,2.5 1.93,5.0; generate fdef zones and assign joint properties (mat=1 & jmat=1;default) 生成单元和设置节理参数generate edge 9.0 range -30,30 -30,30prop mat=1 d=0.00300 k=39060 g=31780prop jmat=1 jkn=20000 jks=20000prop jmat=1 jf=30.0; apply boundary conditions and initial conditions to 在地应力下施加边界条件和初始条件; consolidate model under field stressesbound stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3insitu stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3bound yvel 0.0 range -26,26 -21,-19grav 0.0 -10.0; track the x-displacement, and y-displacement over time 追踪位移hist solvehist xdis=0,7 ydis=0,7 type 1solve rat 1e-5; save consolidated statesave seismic1.sav; make excavationdelete range -5,5 -2.5,2.5solve rat 1e-5; save excavated statesave seismic2.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.04 m/sec);; set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -1.25 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21 ;reset time hist disp rothist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 mass; 0.02 sec.cyc time 0.02save seismic3.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.4 m/sec); set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -12.5 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21 reset time hist disphist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 masssave seismov.sav;; 0.02 sec.cyc time 0.02save seismic4.sav; 0.25 sec.cyc time 0.23save seismic5.sav; 0.50 sec.cyc time 0.25save seismic6.sav; 0.75 seccyc time 0.25save seismic7.sav;rest seismov.sav; make a movie of the groundfall;wind -12 12 -12 12set ovtol 0.05plot block vel max 2.0 blue stress max 50movie onmovie file = seismic.dcxmovie step 1000step 400003 隧道支护荷载Tunnel Support Loading3.1 问题陈述本例模拟展示了UDEC 在检查衬砌隧道方面的应用,着重强调了荷载在混凝土衬砌中的发展,本例也解释了模拟连续建造操作中独立阶段的模拟程序.隧道系统的理想几何体见图3.1.系统包含在海床下大约70m(中线)深度,中线间距12m 的两个隧道, 初始水位在隧道中线上方110m 处.服务隧道直径5.24m,衬砌厚度37cm.主隧道直径8.22m,衬砌厚度46cm.服务隧道先于主隧道开挖和衬砌.随后设置主隧道衬砌,水位上升增加到100m.施工顺序是:(1)开挖服务隧道excavation of the service tunnel;(2)衬砌服务隧道lining of the service tunnel; (3)开挖主隧道excavation of the main tunnel; (4)衬砌主隧道lining of the main tunnel; and (5)升高水位raising of the water level.分析的目的是评价每个施工阶段服务隧道和主隧道支护状况.本例的材料参数见下:岩体——开挖隧道的围岩参数为：弹性模量elastic modulus 0.89 GPa泊松比Poisson’s ratio 0.35单轴抗压强度uniaxial compressive strength 3.5 MPa粘聚力cohesion 1 MPa密度density 1340 kg/m3混凝土衬砌——弹性模量为24 GPa ，泊松比为0.19. 假定衬砌为线弹性材料。