FLAC3D数值模拟基础(PPT讲座)
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土木工程数值模拟(FLAC3D)课件第8章
P
3
3
a L
Pa +
P
3 a +
X
P 剪力图
弯矩图
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
6
第八章 结构单元
该例子用到下列参数： 横截面积A=0.006m3 杨氏模量E=200GPa 泊松比=0.30 y轴惯性矩Iy=20010-6m4 z轴惯性矩Iz=20010-6m4 极惯性矩J=0.0 点载荷P=10000N
土工格栅(或衬 砌)中层切向平 面
构件的平均法线方向作为z轴
；x和y轴在切向平面内任意
定位
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
z 索(或桩)横截面
y 索(或桩)构件 z
y x
土工格栅(或衬 砌)构件
3
第八章1 x1
w1
u1
y 1 1 y1
z2
x2 x
w2
2
u2
2 y2
2 U2
Z u1
Y 1
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
8
第八章 结构单元
锚索中轴向力分布
水泥浆中应力分布
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
9
第八章 结构单元
桩
桩构件的刚度矩阵与梁构 件的刚度矩阵是相同的。 除了提供梁的构造特性外， 桩还提供了与网格的法线 方向和剪切方向所发生的 交互摩擦作用。在这点上， 桩实际上是组合了梁和锚 索的作用。
梁结构坐标系统及12个自由度
默认下，每个梁构件具 有各向同性、无屈服的 线性弹性材料，然而， 人们可以指定塑性力矩， 或者在构件之间引进塑 性铰链。
2020/7/10
FLAC,FLAC3D基础与应用ppt课件
;材料参数
prop bulk 3e6 shear 1e6
ini dens 2000
;初始条件
fix z ran z -.1 .1
37
New Features in FLAC3D Version 3.1
1. 多处理器的并行计算功能 2. 新结构单元类型 “Embedded Liner” 提供两个方向的
接触作用，可以很好地模拟挡土墙 3. 对四面体单元采用新的混合离散方法 “Nodal Mixed
Discretization” 提供塑性问题更精确的解答 4. 64位程序 5. 包含命令手册、FISH手册和应用实例的帮助
•Charles Fairhurst
美国工程院、瑞典皇家工程院院士，国际岩石力学 学科和岩石力学学会创始人之一，历任国际岩石力 学学会主席和副主席，国际岩石力学学会Muller奖、 美国岩石力学学会终生成就奖获得者。
•Peter Cundall
美国工程院、英国皇家工程院院士，国际资深计算 岩石力学学家。
关于教材
3
关于课程
• 2005-11-29 河海土木院研究生会组织 • 2006-10-13 同济大学土木工程学院 • 2006-10-26 河海大学金水节 • 2007-04-15 东南大学交通学院 • 2007-07-18 同济大学土木工程学院 • 2007-11-03 河海大学岩土所组织FLAC学术沙龙 • 2007-11-29 河南工业大学 • 2008-11-15 河海大学河海金水节培训 • 2010-11-10 河海大学校庆报告 • 2011-06-18 河海大学举办ITASCA技术与应用专题（南京）研讨会 • 2011-10-16 河南理工大学 • 2011-11-03 南京工业大学交通学院 • 2011-11-24 河海大学土木与交通学院研究生会 • 2011-06-18_ITASCA技术与应用专题（南京）研讨会
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。
土木工程数值模拟(FLAC3D)课件第2-7章
土木工程数值模拟（FLAC3D）
第二章 网格划分
第二章 网格划分
Generate <关键字> zone 产生三维空间的单元体 surface 产生三维空间的面 point 在三维空间定义参考点以帮助单元体和面的生成 merge 使Gen zone产生的相邻网格合并连接在一起
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
主要语句
条件语句 IF 条件表达式 [THEN] … [ELSE] … ENDIF
FISH中条件运算符没有“并”、“或”、“否”这样的符号
表达“1<aa<2”的条 件
if aa > 1.0 if aa < 2.0
执行语句
endif endif
主要语句
循环语句 LOOP var (exp1, exp2)
内部矩形巷道贴满单元体单元格 数6、12、8，体外环绕放射状网 格单元7
上机内容：直墙半圆拱
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
10
第二章 网格划分
建立任何网格都要从两个方面考虑：一是重要区域精确解 所需要的单元体密度；二是网格边界定位对结果的影响。应 力、应变变化大的区域往往单元体密度大。
内部矩形巷道边长分别是3m 6m 4m, 单元格数size也是3、6、4
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
9
第二章 网格划分
利用参数fill来生成需填充的网格
gen zone radbrick p0=(24,-20,0) & p1=(34,-20,0) & p2=(24,-10,0) & p3=(24,-20,10) & dimension 3 6 4 & size 6 12 8 7 & fill group inner
第二章 网格划分
第二章 网格划分
Generate <关键字> zone 产生三维空间的单元体 surface 产生三维空间的面 point 在三维空间定义参考点以帮助单元体和面的生成 merge 使Gen zone产生的相邻网格合并连接在一起
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
主要语句
条件语句 IF 条件表达式 [THEN] … [ELSE] … ENDIF
FISH中条件运算符没有“并”、“或”、“否”这样的符号
表达“1<aa<2”的条 件
if aa > 1.0 if aa < 2.0
执行语句
endif endif
主要语句
循环语句 LOOP var (exp1, exp2)
内部矩形巷道贴满单元体单元格 数6、12、8，体外环绕放射状网 格单元7
上机内容：直墙半圆拱
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
10
第二章 网格划分
建立任何网格都要从两个方面考虑：一是重要区域精确解 所需要的单元体密度；二是网格边界定位对结果的影响。应 力、应变变化大的区域往往单元体密度大。
内部矩形巷道边长分别是3m 6m 4m, 单元格数size也是3、6、4
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
9
第二章 网格划分
利用参数fill来生成需填充的网格
gen zone radbrick p0=(24,-20,0) & p1=(34,-20,0) & p2=(24,-10,0) & p3=(24,-20,10) & dimension 3 6 4 & size 6 12 8 7 & fill group inner
FLAC3D5.0_InitialStress(课堂PPT)
P=ρ水gh
.
10
水下构筑物
• szz
• pp
.
11
深埋工程地应力场
.
12
深埋工程地应力场—SB法
• new
• gen zone brick p0 0 0 0 p1 60 0 0 p2 0 60 0 p3 0 0 90 &0 p7 60 60 150 &
FLAC3D 5.0培训教程（武汉）
工程师 李振
2014.3.27-3.28 Itasca(武汉)咨询有限公司
.
1
FLAC3D 5.0培训日程安排
2014.3.27~ 2014.3.28
1. FLAC3D V5.0界面操作
2. FLAC3D基本操作方法vs应用流程； initial stress
3. FLAC3D内置Fish语言的应用；
.
4
2、更改强度参数的弹塑性求解
.
5
2、更改强度参数的弹塑性求解
• 更改强度参数
• 不更改强度参数
.
6
2、不更改强度参数的弹塑性求 解
（但，采用initial σij ）
.
7
3、分阶段弹塑性求解 (mohr—solve elas)
.
8
4、存在静水压力的初始应力
.
9
Zone上的pp
水位线z=1m
• p4 60 60 0 p5 0 60 90 p6 60 0 150 p7 60 60 150 &
• size 6 6 10
• model elas
• pro bulk 10e10 she 10e10
.
16
• ini den 2500
FLAC3D数值模拟讲座
有限差分法和有限元法的比较
有限差分 计算时步要取得比为稳定所需的 临界值大
每个时步的计算开销小 对于动态问题没有显著的数值阻尼 对于非线性本构方程无需迭代 不用形成矩阵，要求内存小，无带宽 的限制 由于无需形成矩阵，大位移和大应变 无需附加的机时
有限元
在用无条件稳定的格式时时步可任意 大 每个时步的计算开销大 在用无条件稳定的格式时数值阻尼和 时步有关 对于非线性本构方程需要迭代 必须存贮刚度矩阵，必须要解决随之 而来的例如带宽问题，内存要求大 为跟踪大位移和大应变需要附加的机 时
4.7 m
Metro tunnel
FLAC3D 2.00
Step 50267 Model Perspective 12:04:20 Fri Nov 10 2000 Center: X: 4.503e+000 Y: 2.500e+001 Z: -3.085e+000 Dist: 3.631e+002 Rotation: X: 20.000 Y: 0.000 Z: 20.000 Mag.: 5.96 Ang.: 22.500
AGF - Technique
Circulation of chilled fluid through subsurface pipes
Brine or Closed System and Liquid Nitrogen-Open System
Shaft closure Байду номын сангаасn frozen soil
System of Units
FLAC3D CONSTITUTIVE MODELS
Grid Generation with
FLAC3D
Primitive Shapes
FLACD基础知识PPT课件
gr_k 2e7 • sel cable pretension 15e4
第38页/共51页
9、数据记录
• hist gp xdisp -0.1 30 1.55 • hist gp xdisp 4.62 30 1.55 • hist gp zdisp 2.26 15 3.2 • hist gp zdisp 2.26 15 -0.1 ; • 显示： • plot hist 1 • plot hist 2
gen zone cyl p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 3 0 p3 0 0 5 size 5 3 6 group 2
圆柱形
第16页/共51页
gen zone radb p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 3 0 p3 0 0 5 p8 3 0 0 p9 0 2 0 p10 0 0 2 size 5 3 6 8 group 3
位移边界和应力边界
第23页/共51页
应力边界
• apply szz=-1e5 sxz=-.5e5 range z -.1 .1
z
σzz
σxz
x
第24页/共51页
应力梯度的施加
• apply sxx -10e5 gradient 0 0 1e5 range z 100 0
z
第25页/共51页
σxx
圆柱形 隧道
第19页/共51页
gen zone cshell p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 3 0 p3 0 0 5 p8 3 0 0 p9 0 0 3 p10 3 3 0 p11 0 3 3 size 3 5 10 4 group 1
圆柱壳体
第20页/共51页
gen zone cylint p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 5 0 p3 0 0 5 p8 3 3 0 p9 0 0 3 p10 3 5 0 p11 0 5 3 p12 5 3 0 p13 5 0 3 size 3 5 10 4 group 1
第38页/共51页
9、数据记录
• hist gp xdisp -0.1 30 1.55 • hist gp xdisp 4.62 30 1.55 • hist gp zdisp 2.26 15 3.2 • hist gp zdisp 2.26 15 -0.1 ; • 显示： • plot hist 1 • plot hist 2
gen zone cyl p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 3 0 p3 0 0 5 size 5 3 6 group 2
圆柱形
第16页/共51页
gen zone radb p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 3 0 p3 0 0 5 p8 3 0 0 p9 0 2 0 p10 0 0 2 size 5 3 6 8 group 3
位移边界和应力边界
第23页/共51页
应力边界
• apply szz=-1e5 sxz=-.5e5 range z -.1 .1
z
σzz
σxz
x
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应力梯度的施加
• apply sxx -10e5 gradient 0 0 1e5 range z 100 0
z
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σxx
圆柱形 隧道
第19页/共51页
gen zone cshell p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 3 0 p3 0 0 5 p8 3 0 0 p9 0 0 3 p10 3 3 0 p11 0 3 3 size 3 5 10 4 group 1
圆柱壳体
第20页/共51页
gen zone cylint p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 5 0 p3 0 0 5 p8 3 3 0 p9 0 0 3 p10 3 5 0 p11 0 5 3 p12 5 3 0 p13 5 0 3 size 3 5 10 4 group 1
flac3d讲义
FLAC 讲义一、什么是FLAC1.1 FLAC之字义F(Fast)L(Lagrangian)A(Analysis of)C(Continua). Lagrangian相对于Eulerian为每一时阶(timestep)之位移在Lagrangian之公式中，需对网格之座标予以更新，而Eulerian之公式则不予更新。
1. 2 FLAC之运算流程1.3 FLAC 基本单元1.4 分析模式大小与RAM之关系1.5 单位1.6 正负号方向(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－正的应变表示伸长，负的应变代表压缩(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。
二、FLAC内建之组合律FLAC内建之组合律有：1．空洞模式(null model)使用于土壤被移除或开挖2．弹性模式3．塑性模式，包括a. Drucker －Prager modelb. Mohr－Coulomb modelc. ubiquitous－joint modeld. strain－hardening/softening modele. bilinear strain－hardening/softening modelf. double－yield modelg modified cam－clay model此外，另有选购(option)模式，包括：1. 动力模式(Dynamic Option)2. 热力模式(Thermal Option)3. 潜变模式 (Creep Option)使用者另可使用FISH语言去建构独特的组合律以符合所需。
三、FLAC－以命令为输入语法请查阅相关手册四、FLAC程式之使用步骤4.1 FLAC程式使用前准备步骤步骤1：依比例画出所欲分析之资料于纸上画出地点之位置、地层资料、并简标示距离及深度资料。
2024版FLAC3D5.0培训
06
总结与展望
本次培训总结
培训内容丰富
涵盖了FLAC3D5.0的基本原理、 建模方法、分析步骤、后处理等 多个方面，使学员能够全面了解
并掌握该软件的使用。
培训方式多样
采用了理论讲解、案例分析、实 践操作等多种培训方式，使学员 在理论学习的基础上，通过实践 操作加深了对软件的理解和掌握。
培训效果显著
程中的应力、变形和稳定性。
02
支护结构设计与优化
根据隧道开挖模拟结果，设计合理的支护结构，如锚杆、喷射混凝土等，
并利用FLAC3D5.0对支护结构进行优化。
03
隧道施工风险评估
基于FLAC3D5.0的模拟结果，对隧道施工过程中可能出现的风险进行评
估，提出相应的应对措施。
基坑开挖与支护设计
基坑开挖过程模拟 利用FLAC3D5.0建立基坑三维模型，模拟基坑的开挖过程， 分析开挖过程中的应力、变形和稳定性。
高效建模技巧
利用对称性简化模型
对于具有对称性的结构，可以只建立一半或四分之一的模型，通过设置对称边界条件来模拟 整个结构，从而大大提高建模效率。
使用模板快速创建复杂模型
FLAC3D5.0提供了丰富的模板库，用户可以直接调用模板来创建复杂的模型，避免了繁琐的 建模过程。
批量修改模型参数
通过编写脚本或使用内置工具，可以实现对模型参数的批量修改，提高建模效率。
边界条件设置方法
根据实际问题的要求，设置合理的边界条件。对于 固定边界，可将其节点位移约束为零；对于自由边 界，可不施加任何约束。同时，还需考虑边界条件 的对称性和周期性等因素。
网格密度控制
根据计算精度和计算效率的要求，合理控制网格的 密度。在关键区域和应力集中区域可采用较密的网 格，以提高计算精度。
土木工程数值模拟(FLAC3D)课件第9-10章
model mohr ;材料模型为摩尔-库仑模型
prop dens 2000 bul 2.e8 shea 1.e8 cohesion 0.0 ;材料的性质： 密度为 2000， 体积模量为 ，剪切模量 为 ， ;粘聚力为0
prop friction 30. dilation 0. tension 0 ;内摩擦角为 ，剪胀角为0，抗拉强度为0
土木工程数值模拟（FLAC）
7
第九章 简单实例分析
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
8
第九章 简单实例分析
new
;新建
def setup
;定义函数setup
numy = 8
;定义常量numy为8
depth = 10.0
;depth为10
end
;结束对函数的定义
setup
;运行函数setup
plot create view_int ;显示，并创建标题view_int plot add surface ;显示表面 plot add interface red ;显示交互面为红色 plot show ;打开图形 save int.sav ; 形成sav文件，并保存为int.sav
2020/7/10
group Base ;建立另外一个块体网格，其大小为 ，其尺寸及位置是p0 、p1、 p2、p3、 ;p4、p5、p6和p7等楔型体的8个角点坐标来决定，并把这个区域归为一个群， ;名为Base（即下面的底座）。 ; Create Top - 1 unit high for initial spacing gen zone brick size 3 3 3 &
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
prop dens 2000 bul 2.e8 shea 1.e8 cohesion 0.0 ;材料的性质： 密度为 2000， 体积模量为 ，剪切模量 为 ， ;粘聚力为0
prop friction 30. dilation 0. tension 0 ;内摩擦角为 ，剪胀角为0，抗拉强度为0
土木工程数值模拟（FLAC）
7
第九章 简单实例分析
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
8
第九章 简单实例分析
new
;新建
def setup
;定义函数setup
numy = 8
;定义常量numy为8
depth = 10.0
;depth为10
end
;结束对函数的定义
setup
;运行函数setup
plot create view_int ;显示，并创建标题view_int plot add surface ;显示表面 plot add interface red ;显示交互面为红色 plot show ;打开图形 save int.sav ; 形成sav文件，并保存为int.sav
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group Base ;建立另外一个块体网格，其大小为 ，其尺寸及位置是p0 、p1、 p2、p3、 ;p4、p5、p6和p7等楔型体的8个角点坐标来决定，并把这个区域归为一个群， ;名为Base（即下面的底座）。 ; Create Top - 1 unit high for initial spacing gen zone brick size 3 3 3 &
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
FLAC3D理论基础-屏幕版
FLAC3D理论基础这部分阐述的是FLAC3D的有关理论。
FLAC3D很大一部分是二维FLAC的扩展，而显式有限差分法是FLAC和FLAC3D的共同的理论基础，有关这一部分，可参考FLAC用户手册。
尽管如此，二维和三维的方程还是有一些明显的不同，特别是在数学模型的扩展上。
这里主要讨论三维模型在FLAC3D中的实现方法。
1.三维显示差分模型模型的构成FLAC3D是显式有限差分程序，可以模拟连续三维介质达到平衡状态或稳定塑性流动时的力学行为。
这种力学行为，可以通过建立特定的数学模型和特定的数字模拟方法来实现。
下面就来阐述这两方面的有关内容。
1.1数学模型介质的力学特征可通过一般的力学关系（如应变的定义、运动方程等）和理想介质的本构方程进行推导。
所得到的数学表达式是一系列的偏微分方程及相关变量如：静力学中应力和动力学中的应变速率、速度等。
对于特定的具有几何特征和特殊性质的介质，这些方程和变量在给定的边界条件和初始条件下，可以求解。
尽管FLAC3D主要是研究处于极限平衡状态下的介质变形及应力状态，但它的模型里可以包含有运动方程是它的一大特色。
在进行数字模拟过程中，由于惯性物体将达到稳定状态或平衡状态。
1.1.1符号约定在FLAC3D 的拉格朗日公式中，用矢量（i i i v u x ，，），dt dv i （其中i=1，3）来分别表示介质中点的空间位置、位移、速度和加速度。
作为一种符号约定，据上下文的不同，斜体字可以矢量和张量。
如：符号i a 表示笛卡儿坐标系下矢量][a 的i 分量；A ij 表示张量[A]的（i,j ）分量。
还有，i ,α表示α对x i 的偏导数（其中α可以是标量，也可以矢量或张量的分量。
规定：拉力和张力为正。
爱因斯坦的求和约定只适用于i,j,k （i,j,k=1，2，3）1.1.2应力给定点的应力状态可用一个对称的应力张量j i ,σ来表示。
由柯西定理，若一个面的单位法矢量为[n]，则它的拖曳矢量[t]：j ij i n t σ= （1）1.1.3 应变速率与转动速率假定介质颗粒以速度[v ]运动，则在无穷小的时间内，发生无穷小应变dt v i ，相应的应变张量可写为：()i j j i ij v v ,,21+=ξ （2） 式中是对空间位置矢量的偏导数。
FLAC3D数值模拟技ppt教程
边界条件输入
APPLY mechnical boundary-ff, Pressure, sxx, syy , szz, sxy, xf, yf, zf, groundwater boundary-pp,dischange thermal boundaryconvention ,flux, radition FIX pp, Saturation, temperatrue, x ,y FREE pp ,Saturation, temperatrue, x y
交界面说明
INTERFACE
cohesion, friction, glued, kn, ks ,tbond, unglued
用户定义函数
DEFINE function0name END
计算过程监视
HISTORY pp sig1,sig2,sxx,sxy ,syy,szz,temp thtime,unblance, write,xdis,ydis,xvel,yvel TRACK line, list, write
p3
p0
p2
p1
p22 2, n
p 0
n 1 , r 2 T e t r a h e d r o n
n
r2 2,
p 1
gen zon tet p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 10 0 p3 0 0 10 size 10 10 10 plot add surface green plot add axes red plot show
三、FLAC3D基本模块
名 称 1、Brick 2、degenerate brick 3、wedge 4、pyramid 5、tetrahedron 6、cylinder 7、radial brick 8、radial tunnel 9、radial cylinder 10、cylindrical shell 11、cylinder intersection 12、tunnel intersection 关键字 brick dbrick wedge pyramid tetrhedron cylinder radbrick radtunnel radcylinder cshell cylint tunint
FLAC-FLAC3D基础与应用(结构单元)PPT课件
结构单元
1
FLAC3D中的结构单元
• 有限单元 • 梁(beam)单元
beam
cable
• 锚索(cable)单元
• 桩(pile)单元
○ 锚杆: rockbolt
• 壳(shell)单元
shell geogrid
• 格栅(geogrid)单元
○ 土工织物；土工格栅
pile
liner
2
结构单元的应用
• Link可以与任何位置的
grid进行联系，而不一定
要与grid的坐标一致。 群桩 = 插秧
7
默认的连接属性
建模SEL结构模型时，程序自动建立结构 node与zone的连接 (node-zone links)
8
Node-Node Links
• SEL nodes 之间不会自动生成联系. • 必须手动设置node之间的联系 (e.g., beam and cable) 这
13
隧道与土体的相互作用
• 半圆隧道直径3.25m
• 上覆土层厚度5m
ht • 计算范围3r
r
• 土体弹性计算
○ (K=30MPa, G=10MPa)
hb
• 参数化编程
○ 几何尺寸
B
○ 模型参数
○ 网格形状
14
计算步骤
模型网格 计算结果
初始应力生成 施加管片
15
管片的连接
• 冷连接
○ 弯矩和剪力不能直接在环与环 间传递，只能通过其相邻的介 质传递
• 土与结构的相互作用
○ 桩基；基坑；边坡锚固 ○ 地下硐室的支撑结构；采矿；盾构 ○ 土工织物；土工合成材料
• 结构不宜复杂
○ 岩土工程软件，不宜单纯的结构分析
1
FLAC3D中的结构单元
• 有限单元 • 梁(beam)单元
beam
cable
• 锚索(cable)单元
• 桩(pile)单元
○ 锚杆: rockbolt
• 壳(shell)单元
shell geogrid
• 格栅(geogrid)单元
○ 土工织物；土工格栅
pile
liner
2
结构单元的应用
• Link可以与任何位置的
grid进行联系，而不一定
要与grid的坐标一致。 群桩 = 插秧
7
默认的连接属性
建模SEL结构模型时，程序自动建立结构 node与zone的连接 (node-zone links)
8
Node-Node Links
• SEL nodes 之间不会自动生成联系. • 必须手动设置node之间的联系 (e.g., beam and cable) 这
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隧道与土体的相互作用
• 半圆隧道直径3.25m
• 上覆土层厚度5m
ht • 计算范围3r
r
• 土体弹性计算
○ (K=30MPa, G=10MPa)
hb
• 参数化编程
○ 几何尺寸
B
○ 模型参数
○ 网格形状
14
计算步骤
模型网格 计算结果
初始应力生成 施加管片
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管片的连接
• 冷连接
○ 弯矩和剪力不能直接在环与环 间传递，只能通过其相邻的介 质传递
• 土与结构的相互作用
○ 桩基；基坑；边坡锚固 ○ 地下硐室的支撑结构；采矿；盾构 ○ 土工织物；土工合成材料
• 结构不宜复杂
○ 岩土工程软件，不宜单纯的结构分析
[最新]岩土工程的数值方法-FLAC3D的应用介绍ppt版(共15页)
![[最新]岩土工程的数值方法-FLAC3D的应用介绍ppt版(共15页)](https://img.taocdn.com/s3/m/66b1cfb9a45177232e60a26e.png)
3.模型边界条件和初始条件 在模型的南北边界上应用y方向上的固定位移条件，在东西边界上应
用x方向上的固定位移边界，在基底上应用固定边界。 地质资料没有提供初始的构造应力条件，因而，假定模型的初始应
力是由岩体自重引起的，可以分为有垂向和水平向初始应力
六、一些成果图像
FLAC3D 2.00
Step 19143 Model Perspective 10:38:41 Wed Nov 12 2003
X: 2.052e+002 X: 40.000
Y: 1.927e+002 Y: 0.000
Z:5.934e+002 Z:220.000
Dist:1.145e+003 Mag.: 0.8
Ang.: 22.500
Contour of SMax
Gradient Calculation -1.3757e+006 to -5.0000e+005 -5.0000e+005 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 5.0000e+005 5.0000e+005 to 1.0000e+006 1.0000e+006 to 1.5000e+006 1.5000e+006 to 2.0000e+006 2.0000e+006 to 2.5000e+006 2.5000e+006 to 3.0000e+006 3.0000e+006 to 3.5000e+006 3.5000e+006 to 3.5463e+006
可见，由于在模型数值模拟中的输入数据中存在着大量 的不确定性，使得希望模型可以提供设计数据（如，预期位移 等）是无益的。这时，数值模型的作用是刻画特定的实际系统 的力学机制，并由模型的力学行为来洞察和领会工程设计。
用x方向上的固定位移边界，在基底上应用固定边界。 地质资料没有提供初始的构造应力条件，因而，假定模型的初始应
力是由岩体自重引起的，可以分为有垂向和水平向初始应力
六、一些成果图像
FLAC3D 2.00
Step 19143 Model Perspective 10:38:41 Wed Nov 12 2003
X: 2.052e+002 X: 40.000
Y: 1.927e+002 Y: 0.000
Z:5.934e+002 Z:220.000
Dist:1.145e+003 Mag.: 0.8
Ang.: 22.500
Contour of SMax
Gradient Calculation -1.3757e+006 to -5.0000e+005 -5.0000e+005 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 5.0000e+005 5.0000e+005 to 1.0000e+006 1.0000e+006 to 1.5000e+006 1.5000e+006 to 2.0000e+006 2.0000e+006 to 2.5000e+006 2.5000e+006 to 3.0000e+006 3.0000e+006 to 3.5000e+006 3.5000e+006 to 3.5463e+006
可见，由于在模型数值模拟中的输入数据中存在着大量 的不确定性，使得希望模型可以提供设计数据（如，预期位移 等）是无益的。这时，数值模型的作用是刻画特定的实际系统 的力学机制，并由模型的力学行为来洞察和领会工程设计。
最新FLAC3D5.00培训教程教学讲义ppt课件
1.2.6 control panel
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1.2.6 control panel
1.2.7 state record
长 的 时 间 隧 道，袅
FLAC3D5.00培训教程
FLAC3D 5.00 界面
1、界面概况
1、界面概况
布局
1.1.1 the title bars
每个面板显示的时候都会有相应的 标题栏显示
1.1.1 the title bars
关闭
隐藏
最大最 小
1.1.1 the title bars----“*” 号
1.1.2 the toolbar;
程序运行或停止——三种状态下工具条的显示 工具条会随着面板的切换而改变！工具条可以随意移动！
1.1.3 the menus
1.1.3 the menus
Options Dialog:
◦ General: Destroy Button, System Title Colors ◦ Editor: Font, Colors, Highlighting, New File Header ◦ Display: local and global defaults. ◦ Movie: central control. ◦ Console: Dialogs, fonts.
1.2.2 console—快捷键
重新加载上一条或下一条命令！！！
1.2.3 listing
1.2.3 listing
第四章 FLAC3D数值模拟
第四章FLAC3D数值模拟4.1 FLAC3D数值分析软件介绍4.2 模型建立与运行4.2.1 建立模型4.2.2 各工况的数值模拟（1）（2）（3）4.3 水平荷载下刚性单桩工作性状分析4.4 水平荷载下带帽刚性桩工作性状分析4.5 水平荷载下带帽刚性桩复合地基工作性状分析4.5.1 桩长、桩径及长径比、桩帽大小、褥垫层厚度带帽刚性桩复合地基应力场和位移场的影响4.5.2 各计算参数的敏感性分析注：本章与第三章要相对应，分三类（刚性单桩、带帽刚性桩、带帽刚性桩复合地基），每一类又有多少工况，依据是什么？第四章FLAC3D数值模拟4.1 FLAC3D数值分析软件介绍自R.W.Clough 1965年首次将有限元引入土石坝的稳定性分析以来，数值模拟技术在岩土工程领域获得了巨大的进步，并且成功的解决列入许多重大的工程问题。
近代个人电脑的出现以及其计算能力的飞速发展，使得分析人员在室内进行岩土工程数值模拟成为可能，也使得数值模拟技术逐渐成为岩土工程研究和设计的必不可少的方法之一。
数值模拟的优势在于有效的延伸和扩展了分析人员的认知范围，为分析人员洞悉岩土体内部的破坏机理提供了强有力的可视化工具。
因此，岩土工程数值模拟软件必须做到专业性、可视化和完善的信息输出能力，才能更方便的帮助分析人员研究问题。
FLAC3D等软件的出现是数值模拟工程发展的一个里程碑。
FLAC3D软件是由Itasca公司研发推出的一款数值分析软件，其界面简单明了，特点鲜明，使用特征和计算特征别具一格，因此在岩土工程中应用广泛，并享有盛誉。
FLAC3D是一个三维有限差分程序，它是二维有限差分程序FLAC2D的扩展，能够进行土质、岩石及其他材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。
FLAC3D可对分析的单元进行线性或非线性本构模型的定义，当材料发生屈服流动后，网格能够相应的发生变形和移动（大变形模式）。
其采用了显示拉格朗日算法和混合-离散分区技术，能够非常准确的模拟材料的塑性破坏和流动。
FLAC3D500培训教程(含)
FLAC3D500培训教程1.引言FLAC3D500是一款基于三维快速拉格朗日法的岩土工程数值分析软件，广泛应用于岩土工程、地质工程、矿业工程等领域。
本教程旨在帮助用户了解FLAC3D500的基本操作和功能，为实际工程问题提供有效的数值模拟解决方案。
2.FLAC3D500软件安装与启动2.1软件安装请确保您的计算机满足FLAC3D500的运行要求。
然后，从官网FLAC3D500安装包，按照提示完成安装。
2.2软件启动安装完成后，在开始菜单中找到FLAC3D500，启动。
软件启动后，您将看到主界面。
3.FLAC3D500基本操作3.1创建新项目“文件”菜单，选择“新建项目”，在弹出的对话框中输入项目名称，“确定”创建新项目。
3.2导入模型“文件”菜单，选择“导入模型”，在弹出的对话框中选择模型文件（.flac3d或.f3grid），“打开”导入模型。
3.3设置模型参数在“模型”菜单中，可以设置模型的基本参数，如材料属性、边界条件、初始应力等。
3.4创建网格在“网格”菜单中，可以创建和编辑网格。
选择“创建网格”，在弹出的对话框中设置网格参数，“确定”网格。
3.5设置分析类型在“分析”菜单中，选择分析类型（如静态分析、动态分析等），并设置相应的分析参数。
3.6运行分析在“分析”菜单中，选择“开始分析”，软件将开始计算。
计算过程中，您可以在“输出”菜单中查看计算结果。
3.7结果查看与导出分析完成后，您可以在“输出”菜单中查看计算结果，如位移、应力等。
还可以将结果导出为文本、图片等格式。
4.FLAC3D500高级功能4.1参数化分析通过参数化分析，可以方便地研究不同参数对计算结果的影响。
在“分析”菜单中，选择“参数化分析”，设置参数范围和步长，“开始分析”进行计算。
4.2剖面分析剖面分析可以帮助用户更好地了解模型内部的应力、位移等分布情况。
在“分析”菜单中，选择“剖面分析”，设置剖面位置和方向，“开始分析”进行计算。
FLAC3D数值模拟基础.ppt
FLAC3D的求解过程
速度
对所有的网格节点
平衡方程 (动量方程)
Gauss定律 应变率
对所有单元
应力—应变关系 (本构模型)
节点力 单元积分 新的应力
FLAC3D中的本构模型
开挖模型null 3个弹性模型
各向同性弹性 横观各向同性弹性 正交各向同性弹性
8个塑性模型（Drucker-Prager模型、MorhCoulomb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、修正 剑桥模型和胡克布朗模型）
模型）即规定了FLAC3D模型中某一区域的变形或强度效应，
可用大量基本模型去近视地质材料，可以单独定义FLAC3D
模型中的基本模型和材料模型。
空单元（Null Zone）……空单元表示此区域为空（就
象没有材料一样）。 次级网格（SUB-GRID）……有限差分网格可由次级网
滚动底 端边界
格组成，它可用来在模型中创建不同形状的区域，次级网格
格网点
估计出，。各种形状的多面体（立方体、楔形、锥体、四面体 格网区域
等）可用来构造模型并可用plot显示出来。每一个多面体可能
有一套或两套表层设置，这由5个四面体组成。默认的情况下， 水 平
两个表层设置用在对计算精度要求高的情况下，区域的另外一
边界 压力
种叫法是要素。
栅格点（GridPoint）……栅格点是有限差分单元的角点。
滚动底 端边界
型中每个状态的存储位置，FLAC3D所生成的矢量都保存在节
点上（如：受力、速度、位移）。标量和张量保存在单元的中
心（如应力、材料属性）。
内部开挖边界
结构线 模型边界
水平边 界 压力
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FLAC3D
3D数值模拟基础 FLAC
刘升贵
中国矿业大学力学系
liushg2002@
FLAC3D
主要内容
FLAC3D软件简介 1、基坑开挖 2、浅基础的稳定性分析 3、网格的合并联结 4、界面的生成 5、隧道的生成 6、模型材料问题 7、Interface 合并（联结）问题 8、初始条件问题 9、 破坏问题分析 10、综合实例-煤巷应力分析
对所有的网格节点
速度 平衡方程 (动量方程) 节点力Gauss定律源自单元积分对所有单元
应力—应变关系 (本构模型)
应变率
新的应力
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FLAC3D
FLAC3D中的本构模型
开挖模型null 3个弹性模型
各向同性弹性
横观各向同性弹性
正交各向同性弹性
8个塑性模型（Drucker-Prager模型、MorhCoulomb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、修正 剑桥模型和胡克布朗模型）
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FLAC3D
FLAC3D简介
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：高辐射废料地下埋 藏的性能评价 12 大变形材料分析：用于研究粮仓谷物流动及井巷和矿洞中材料的总体 流动
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FLAC3D
FLAC3D中的本构模型
模型 空模型 线弹性模型 正交各向同性 弹性 横观各向同性 弹性 德鲁克-普拉格 模型 摩尔-库仑 模型 应变硬化/软化摩尔-库仑 模型 遍布解理模型 双线性应变硬化/软化遍 布解理模型 双屈服面塑性模型 修正剑桥模型 胡克-布朗模型 材料特性 空 均匀各向同性的线形本构关系 正交各向同性材料 横观各向同性弹性(即板岩) 极限分析，底摩擦角的软粘土 松散或胶结的粒状材料：土，岩石，混 凝土 存在非线性硬化或软化的粒状材料 具有强度各向异性的层状材料(即板岩) 具有非线性材料硬化或软化的层状材料 轻胶结的粒状材料，在压力作用下导致 永久体积减小 变形和抗剪强度是体变的函数 各向同性的岩石材料 粘土 岩石 实际应用 孔洞，开挖，后续施工材料(如回填) 低于强度极限的人工材料(如钢 铁)；安全系数计算 不超过强度极限的柱状玄武岩 不超过强度极限的层压材料 与隐式有限元程序相比的常用模型 岩土力学通用模型(边坡稳定性分 析，地下开挖) 破坏后研究(失稳过程，立柱屈服， 顶板崩落) 松散沉积地层中的开挖 层状材料破坏后研究
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FLAC3D
FLAC3D的前后处理
术语
格网点 结构线
区域（Zone）……有限差分划分的带在几何上是最小的区 域，在在这个区域里的每一个现象的变化，如应力应变都可以 估计出，。各种形状的多面体（立方体、楔形、锥体、四面体 格网区域 等）可用来构造模型并可用plot显示出来。每一个多面体可能 有一套或两套表层设置，这由5个四面体组成。默认的情况下， 水 平 边 界 压力 两个表层设置用在对计算精度要求高的情况下，区域的另外一 种叫法是要素。 栅格点（GridPoint）……栅格点是有限差分单元的角点。 一个多面体可能有5个、6个、7个或8个网格点，主要取决于多 面体的形状。给定每个节点的x，y和z值这样就具体确定了有限 差分单元，。其他叫法有：节点，交点。 有限差分栅格（Finite Difference Grid）……有限差分 网格是研究区域中一个或多个通过物理边界连接的有限差分单 元的集合。另一个叫法是网格，有限差分网格也可以标识出模 型中每个状态的存储位置，FLAC3D所生成的矢量都保存在节 点上（如：受力、速度、位移）。标量和张量保存在单元的中 心（如应力、材料属性）。
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FLAC3D
主要内容
FLAC3D软件简介 1、基坑开挖 2、浅基础的稳定性分析 3、网格的合并联结 4、界面的生成 5、隧道的生成 6、模型材料问题 7、Interface 合并（联结）问题 8、初始条件问题 9、 破坏问题分析 10、综合实例-煤巷应力分析
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接触面INTERFACE------即次级网格在计算过程中可以 分开（滑动，开裂）的两部分之间的面，可表示不连续的物 理特征，如，断层，节理面或材料性质突变的临界面。 范围INTERFACE------范围是对FLAC3D模型空间值的 一个描述，可给定一个命令的作用范围，即使模型发生运动--不影响模型中的区域和节点位置，一个范围或范围确定的 单元也不发生改变。范围或范围内的单元所包含的区域，也 可以用一个单元的ID号来表示，它与区域，节点，或结构单 元密切联系。 集合GROUP-----在FLAC3D模型中他们有共同的名称， 由于限定具体命令的对象，如model命令对某一集合设置为 某种材料，任何命令加于集合名称也就相当于作用于这一集 合的所有区域。
FLAC3D
FLAC3D简介
Fast Lagrangian Analysis of Continua 美国Itasca（依泰斯卡）咨询公司开发2D程序(1986) 1990年代初引入中国 有限差分法(FDM) DOS版→2.0 →2.1 →3.0 Itasca其他软件
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FLAC3D
水平边 界 压力
内部开挖边界 滚动底 端边界
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FLAC3D
FLAC3D的前后处理
术语
格网点 结构线
ID号码ID NUMBER-----FLAC3D模型中的单元以ID号 加以区分，下面的单元有ID号；内部面、节点、区域、体积、 历史、表格、显示项和结构单元的全部内容。这帮助用户确 定模型中的单元，可用porint命令获得ID号，用户可给内部格网区域 面、结构单元、历史等赋ID号。 实体结构单元同样也有CID号，系统给每一个网格， 水 平 边 界 单元都创建了一个CID号，这与梁，柱等不一样。 压力 结构单元STRUCTURAL ELEMENT------在FLAC3D 中有两种结构单元。二结点，线性单元表示梁，柱作用。三 结点，三角平面单元表示面状，结构单元用来模拟土体或岩 体中结构支护的相互作用。非线性材料作用可用单元表示。 每一结构单元实体（梁，柱，面体）包括三个内容： 结点、单个单元（也叫sels）和网格连线，这些内容的不同 可区别出梁、桩、面体的作用。 步STEP------因为在FLAC3D是具体代码，问题的计算 须分步进行，随步长的增加，现象的有关信息在研究区域传 递。对于静态分析，需要给一个具体的步，让其达到平衡状 态，典型的问题计算在2000-4000步之间，其他叫法有时 间步，循环次。
模型边界
水平边 界 压力
内部开挖边界 滚动底 端边界
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FLAC3D
FLAC3D的前后处理
术语
格网点 结构线 格网区域 模型边界 水 平 边 界 压力
附属接触面ATTACHED FACES……附属栅格面是由被 划分的次级栅格组成的网格接触或合并的面栅格面，接触面 必须是共面或接触，每个面的节点不一定一样，不同总密度 的次级网格可以接触。
效果是否符合要求
作如下改变： 开挖模型的物质属性 改变边界条件
实施求解
网格确定问题的几何尺寸；持续的运动和 连续的物质属性决定了模型的扰动（如由 于开挖引起的变形）形式；边界条件和初 始条件确定了模型的初始状态（没有引起 扰动或变形的状态）。
参数是否调整 效果是否符合要求
结
束
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FLAC3D
基本原理
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FLAC3D
Lagrangian网格
源自流体力学中的拉格朗日法
跟踪流体质点的运动状态 跟踪固体力学中结点，按时步用
Lagrangian法研究网格节点的运动
节点和单元随材料移动，边界和接 触面与单元的边缘一致 固体力学大变形理论
法国数学家、物理学家拉格朗日
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FLAC3D
FLAC3D的求解过程
模型边界
水平边 界 压力
内部开挖边界 滚动底 端边界
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FLAC3D
FLAC3D的前后处理
术语
格网点 结构线
模型边界（Model Boundary）……即有限差分网格的 外围，内部边界也同样是模型边界（如网格中的空洞）。 边界条件（Boundary Condition）……即模型边界的格网区域 约束条件或控制条件的给定（如：限制位移、渗透条件、绝 水 平 热条件）。 边 界 初始条件（Initial Conditions）……即在对模型加载 压力 或开挖等作用前的各种参数状态。 基本模型（Constitutive Model)……基本模型（材料 模型）即规定了FLAC3D模型中某一区域的变形或强度效应， 可用大量基本模型去近视地质材料，可以单独定义FLAC3D 模型中的基本模型和材料模型。 空单元（Null Zone）……空单元表示此区域为空（就 象没有材料一样）。 次级网格（SUB-GRID）……有限差分网格可由次级网 格组成，它可用来在模型中创建不同形状的区域，次级网格 是分别生成，可进行合并和连接。
模型边界
水平边 界 压力
内部开挖边界 滚动底 端边界
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FLAC3D
FLAC3D的前后处理
术语
格网点 结构线
静态解答STATIC SOLUTION-----如果模型中动量变化 率小于了某一可忽略的值，就认为静态或类静态出现了，这格网区域 通过限定运动方程实现，静态就是模型达到应力平衡，或流 体材料受外力后从不稳定到稳定。这种分析方法在FLAC3D 水 平 边 界 中是默认的分析方法，机械的静态分析也可与地下水渗透或 压力 热传递问题结合（通过特定设置后，动态问题可由带约束的 静态分析代替）。 非平衡力UNBALANCED FORCE-------非平衡力标征 静态分析达到机械平衡（或塑性变形前），严格的说平衡时 每个节点上的应力矢量都为0。最大应力会自动被监测，当 击活step或solve命令时，其值会显示在屏幕上。最大网格 力也叫非平衡力或抗平衡力，非平衡力在数值上永远也不能 达到0，当最大非平衡力相对加载的力很小时， 我们就认为 模型达到了平衡状态，如果非平衡力一直保持某一非0值， 这就说明模型中可能发生了破坏或塑性变形。
3D数值模拟基础 FLAC
刘升贵
中国矿业大学力学系
liushg2002@
FLAC3D
主要内容
FLAC3D软件简介 1、基坑开挖 2、浅基础的稳定性分析 3、网格的合并联结 4、界面的生成 5、隧道的生成 6、模型材料问题 7、Interface 合并（联结）问题 8、初始条件问题 9、 破坏问题分析 10、综合实例-煤巷应力分析
对所有的网格节点
速度 平衡方程 (动量方程) 节点力Gauss定律源自单元积分对所有单元
应力—应变关系 (本构模型)
应变率
新的应力
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FLAC3D中的本构模型
开挖模型null 3个弹性模型
各向同性弹性
横观各向同性弹性
正交各向同性弹性
8个塑性模型（Drucker-Prager模型、MorhCoulomb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、修正 剑桥模型和胡克布朗模型）
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FLAC3D
FLAC3D简介
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：高辐射废料地下埋 藏的性能评价 12 大变形材料分析：用于研究粮仓谷物流动及井巷和矿洞中材料的总体 流动
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FLAC3D
FLAC3D中的本构模型
模型 空模型 线弹性模型 正交各向同性 弹性 横观各向同性 弹性 德鲁克-普拉格 模型 摩尔-库仑 模型 应变硬化/软化摩尔-库仑 模型 遍布解理模型 双线性应变硬化/软化遍 布解理模型 双屈服面塑性模型 修正剑桥模型 胡克-布朗模型 材料特性 空 均匀各向同性的线形本构关系 正交各向同性材料 横观各向同性弹性(即板岩) 极限分析，底摩擦角的软粘土 松散或胶结的粒状材料：土，岩石，混 凝土 存在非线性硬化或软化的粒状材料 具有强度各向异性的层状材料(即板岩) 具有非线性材料硬化或软化的层状材料 轻胶结的粒状材料，在压力作用下导致 永久体积减小 变形和抗剪强度是体变的函数 各向同性的岩石材料 粘土 岩石 实际应用 孔洞，开挖，后续施工材料(如回填) 低于强度极限的人工材料(如钢 铁)；安全系数计算 不超过强度极限的柱状玄武岩 不超过强度极限的层压材料 与隐式有限元程序相比的常用模型 岩土力学通用模型(边坡稳定性分 析，地下开挖) 破坏后研究(失稳过程，立柱屈服， 顶板崩落) 松散沉积地层中的开挖 层状材料破坏后研究
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FLAC3D的前后处理
术语
格网点 结构线
区域（Zone）……有限差分划分的带在几何上是最小的区 域，在在这个区域里的每一个现象的变化，如应力应变都可以 估计出，。各种形状的多面体（立方体、楔形、锥体、四面体 格网区域 等）可用来构造模型并可用plot显示出来。每一个多面体可能 有一套或两套表层设置，这由5个四面体组成。默认的情况下， 水 平 边 界 压力 两个表层设置用在对计算精度要求高的情况下，区域的另外一 种叫法是要素。 栅格点（GridPoint）……栅格点是有限差分单元的角点。 一个多面体可能有5个、6个、7个或8个网格点，主要取决于多 面体的形状。给定每个节点的x，y和z值这样就具体确定了有限 差分单元，。其他叫法有：节点，交点。 有限差分栅格（Finite Difference Grid）……有限差分 网格是研究区域中一个或多个通过物理边界连接的有限差分单 元的集合。另一个叫法是网格，有限差分网格也可以标识出模 型中每个状态的存储位置，FLAC3D所生成的矢量都保存在节 点上（如：受力、速度、位移）。标量和张量保存在单元的中 心（如应力、材料属性）。
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FLAC3D
主要内容
FLAC3D软件简介 1、基坑开挖 2、浅基础的稳定性分析 3、网格的合并联结 4、界面的生成 5、隧道的生成 6、模型材料问题 7、Interface 合并（联结）问题 8、初始条件问题 9、 破坏问题分析 10、综合实例-煤巷应力分析
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接触面INTERFACE------即次级网格在计算过程中可以 分开（滑动，开裂）的两部分之间的面，可表示不连续的物 理特征，如，断层，节理面或材料性质突变的临界面。 范围INTERFACE------范围是对FLAC3D模型空间值的 一个描述，可给定一个命令的作用范围，即使模型发生运动--不影响模型中的区域和节点位置，一个范围或范围确定的 单元也不发生改变。范围或范围内的单元所包含的区域，也 可以用一个单元的ID号来表示，它与区域，节点，或结构单 元密切联系。 集合GROUP-----在FLAC3D模型中他们有共同的名称， 由于限定具体命令的对象，如model命令对某一集合设置为 某种材料，任何命令加于集合名称也就相当于作用于这一集 合的所有区域。
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FLAC3D简介
Fast Lagrangian Analysis of Continua 美国Itasca（依泰斯卡）咨询公司开发2D程序(1986) 1990年代初引入中国 有限差分法(FDM) DOS版→2.0 →2.1 →3.0 Itasca其他软件
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水平边 界 压力
内部开挖边界 滚动底 端边界
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FLAC3D的前后处理
术语
格网点 结构线
ID号码ID NUMBER-----FLAC3D模型中的单元以ID号 加以区分，下面的单元有ID号；内部面、节点、区域、体积、 历史、表格、显示项和结构单元的全部内容。这帮助用户确 定模型中的单元，可用porint命令获得ID号，用户可给内部格网区域 面、结构单元、历史等赋ID号。 实体结构单元同样也有CID号，系统给每一个网格， 水 平 边 界 单元都创建了一个CID号，这与梁，柱等不一样。 压力 结构单元STRUCTURAL ELEMENT------在FLAC3D 中有两种结构单元。二结点，线性单元表示梁，柱作用。三 结点，三角平面单元表示面状，结构单元用来模拟土体或岩 体中结构支护的相互作用。非线性材料作用可用单元表示。 每一结构单元实体（梁，柱，面体）包括三个内容： 结点、单个单元（也叫sels）和网格连线，这些内容的不同 可区别出梁、桩、面体的作用。 步STEP------因为在FLAC3D是具体代码，问题的计算 须分步进行，随步长的增加，现象的有关信息在研究区域传 递。对于静态分析，需要给一个具体的步，让其达到平衡状 态，典型的问题计算在2000-4000步之间，其他叫法有时 间步，循环次。
模型边界
水平边 界 压力
内部开挖边界 滚动底 端边界
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FLAC3D的前后处理
术语
格网点 结构线 格网区域 模型边界 水 平 边 界 压力
附属接触面ATTACHED FACES……附属栅格面是由被 划分的次级栅格组成的网格接触或合并的面栅格面，接触面 必须是共面或接触，每个面的节点不一定一样，不同总密度 的次级网格可以接触。
效果是否符合要求
作如下改变： 开挖模型的物质属性 改变边界条件
实施求解
网格确定问题的几何尺寸；持续的运动和 连续的物质属性决定了模型的扰动（如由 于开挖引起的变形）形式；边界条件和初 始条件确定了模型的初始状态（没有引起 扰动或变形的状态）。
参数是否调整 效果是否符合要求
结
束
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基本原理
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Lagrangian网格
源自流体力学中的拉格朗日法
跟踪流体质点的运动状态 跟踪固体力学中结点，按时步用
Lagrangian法研究网格节点的运动
节点和单元随材料移动，边界和接 触面与单元的边缘一致 固体力学大变形理论
法国数学家、物理学家拉格朗日
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FLAC3D的求解过程
模型边界
水平边 界 压力
内部开挖边界 滚动底 端边界
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FLAC3D的前后处理
术语
格网点 结构线
模型边界（Model Boundary）……即有限差分网格的 外围，内部边界也同样是模型边界（如网格中的空洞）。 边界条件（Boundary Condition）……即模型边界的格网区域 约束条件或控制条件的给定（如：限制位移、渗透条件、绝 水 平 热条件）。 边 界 初始条件（Initial Conditions）……即在对模型加载 压力 或开挖等作用前的各种参数状态。 基本模型（Constitutive Model)……基本模型（材料 模型）即规定了FLAC3D模型中某一区域的变形或强度效应， 可用大量基本模型去近视地质材料，可以单独定义FLAC3D 模型中的基本模型和材料模型。 空单元（Null Zone）……空单元表示此区域为空（就 象没有材料一样）。 次级网格（SUB-GRID）……有限差分网格可由次级网 格组成，它可用来在模型中创建不同形状的区域，次级网格 是分别生成，可进行合并和连接。
模型边界
水平边 界 压力
内部开挖边界 滚动底 端边界
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术语
格网点 结构线
静态解答STATIC SOLUTION-----如果模型中动量变化 率小于了某一可忽略的值，就认为静态或类静态出现了，这格网区域 通过限定运动方程实现，静态就是模型达到应力平衡，或流 体材料受外力后从不稳定到稳定。这种分析方法在FLAC3D 水 平 边 界 中是默认的分析方法，机械的静态分析也可与地下水渗透或 压力 热传递问题结合（通过特定设置后，动态问题可由带约束的 静态分析代替）。 非平衡力UNBALANCED FORCE-------非平衡力标征 静态分析达到机械平衡（或塑性变形前），严格的说平衡时 每个节点上的应力矢量都为0。最大应力会自动被监测，当 击活step或solve命令时，其值会显示在屏幕上。最大网格 力也叫非平衡力或抗平衡力，非平衡力在数值上永远也不能 达到0，当最大非平衡力相对加载的力很小时， 我们就认为 模型达到了平衡状态，如果非平衡力一直保持某一非0值， 这就说明模型中可能发生了破坏或塑性变形。