3DEC数值模拟方法
三维细观数值模拟法
三维细观数值模拟法
三维细观数值模拟法是一种用于求解三维物理问题的数值计算方法。
它使用数值方法来对三维空间中的物理现象进行模拟和计算。
三维细观数值模拟法通常涉及以下几个步骤：
1. 空间离散化：将三维空间划分为有限数量的离散网格。
这可以通过将空间分为立方体或任意形状的单元格来实现。
2. 数值逼近：根据所模拟的物理现象的性质和方程，使用数值逼近方法对方程进行离散化。
例如，使用有限差分法或有限元法来近似微分方程。
3. 时间推进：根据所模拟的物理现象的时间发展规律，使用时间推进方法对时间进行离散化。
例如，使用显式或隐式的时间推进格式来解决时间相关的方程。
4. 边界条件处理：根据问题的边界条件，在边界上应用适当的约束条件，以确保在模拟中保持正确的边界行为。
5. 数值求解：使用数值方法对离散化的方程进行求解。
这可以是迭代方法，如迭代法或松弛法，也可以是直接求解方法，如LU分解或共轭梯度法。
6. 结果后处理：对求解得到的离散解进行后处理，以获得所关心的物理量或结果。
这可能包括插值、平滑或可视化等步骤。
三维细观数值模拟法在许多领域中得到了广泛应用，包括流体力学、电磁学、材料科学等。
它可以帮助研究人员和工程师更好地理解和预测这些领域中的复杂物理现象，并提供有效的工程设计和决策支持。
3DEC离散元数值模拟技术及工程应用3
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(5)FISH函数的调用 FISH函数在3DEC程序中可以从几个位置调用。调用格式如下： SET fish call n name ;函数name，n为控制ID SET fish remove n name
在3DEC中变量n控制函数的运行位置，不同n值表示fish函数被调用 的条件，如下表所示。几个函数可以同时指定为相同的ID号，如果某个函 数重要，则一个主函数首先被调用，然后再运行一系列子函数。
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(4)Fish语言的循环控制语句 ①IF expr1 test expr2 THEN ELSE ENDIF 其中，test可采用如下比较运算符，==(等于),#(不等),>(大于),<(小 于),>=(大于或等于),<=(小于或等于),expr1与expr2为单一变量或者计 算表达式。 3DEC的命令并不能直接在fish函数内调用，因此如果在fish内部需 要运行3DEC命令流，可以采用如下命令嵌入。 COMMAND ;;;3DEC命令流 ENDCOMMAND
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网格点(节点)变量提取
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接触变量提取
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利用函数输出数据
在FISH中，为了方便数据读入和写入文件。专门设置了输入输出 函数，采用ASCII模式或者FISH交换模式进行数据导出，前者允许 FISH函数与其它软件或者程序进行数据交换，后者允许数据在函数间 进行调用。在FISH模式下，数据以二进制格式存储与交换，不产生精 度损失；而ASCII模式将数字写出，再次读入时会损失数据的精度。 除了这两种模式，还有两种打开文件并输入输出的操作方法：运 行域和变量域操作。两种方法均支持基本的操作，但又存在一些差别。 1)在运行范围内，同时只能打开一个文件，而变量范围可以同时 打开任意多个文件。 2)在运行域的文件可以打开，关闭，读取和写入程序的任意位置。 而变量域文件通过指针变量存储，只能通过指针进行访问。
基于3DEC的破碎锤破礁数值模拟
基于3DEC的破碎锤破礁数值模拟摘要：近年来，生态环保在各行各业中占着越来越重要的地位。
就航道整治中的礁石清理方法来说，常规的爆破清礁由于对环境影响大，在很多地方已经被禁止使用；而破碎锤破岩技术作为一种兼顾生态的清礁方法，渐渐被广泛使用和发展。
本文从破碎锤破岩技术原理出发，运用3DEC软件模拟了破碎锤钎杆凿入岩石过程，分析了破碎锤凿入岩体的规律及岩体的破坏形态，对水下破碎锤破礁技术发展具有一定参考意义。
关键词：破碎锤；3DEC；破礁；数值模拟0 引言航道整治中礁石清理方法主要包括化学爆破和机械破礁。
化学爆破会产生巨大的冲击波和发生化学反应生成污染物，对周围生态环境危害巨大[1-2]。
破碎锤破岩技术作为机械破礁方法的一种，因其清礁效率高、安全性好、生态环保，逐渐被广泛应用[3-5]。
本文就破碎锤破岩过程进行了数值模拟，用矩形循环荷载模拟破碎锤中活塞冲击钎杆过程，分析了破碎锤钎杆凿入岩体的规律。
1 破碎锤破岩技术原理破碎锤主要构件包括：缸体，活塞，钎杆等，如图1所示。
其主要原理是：冲击活塞在油压的作用下，在油缸内迅速作周期运动，从而将液压能转化为活塞的冲击能，钎杆一般为特殊合金钢材制成，刚度较大，作为中间介质，钎杆在获得冲击能量后迅速冲击岩石，将冲击能转化为破碎岩石的能量，达到破碎岩石的目的。
图1 破碎锤构造简图2 破碎锤破礁数值模型2.1 模型的建立用Rhino 6软件建立破碎锤破岩模型，模型分为岩石模型和破碎锤钎杆模型两部分。
岩体模型为边长为1 m的立方体；钎杆模型尖端简化为圆锥形，直径为17 cm，圆锥段长为25 cm，圆柱段长55 cm。
为了减小最后软件运算时的计算量，将岩体模型顶部中心区域块体进行局部加密。
将建好的模型导入到3DEC中，如图2所示。
图2 破碎锤破岩数值计算模型2.2 模型参数选取岩体本构模型取为弹塑性模型，屈服条件符合摩尔库伦破坏，岩性为砂岩，抗压强度为33.74 MPa；岩石节理本构模型为面接触-库伦滑移模型。
3dec单层衬砌结构
3dec单层衬砌结构
3DEC（ Three-Dimensional（Distinct（Element（Code）是一款用于三维离散元数值模拟的软件，可以用于模拟岩石力学、地质工程等领域的问题。
对于单层衬砌结构的模拟，可以使用（3DEC（中的“Structural（Element”来建模。
首先，需要建立隧道的几何模型，并将其划分为离散的单元。
然后，可以在这些单元中添加衬砌材料的属性，如弹性模量、泊松比等。
在模拟过程中，可以设置边界条件和载荷，以模拟隧道的受力情况。
通过计算，可以得到衬砌结构的应力、应变和位移等结果，从而评估其安全性和稳定性。
3DEC（的建模和计算过程比较复杂，需要一定的专业知识和经验。
同时，模拟结果也需要结合实际情况进行分析和验证，以确保其准确性和可靠性。
基于3DEC数值模拟的矿山边坡关键块体稳定性研究
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｋｅｙ Ｂｌｏｃｋｓ ｉｎ Ｍ ｉｎｅ Ｓｌｏｐｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ３ＤＥＣ Ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ
Ｋａｎｇ Ｚｈｉｑｉａｎｇ ， Ｓｈａｏ Ｌｕｈａｎｇ ＇ Ｌｉ Ｌｅｉ ’ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＭｉｎｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｍｎｇ，ＮｏａｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｍｉ￣ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ０６３２１０，Ｃｈｉｎａ；
２０世 纪 ８０年代 石根 华 和 Ｇｏｏｄｍａｎ在美 国通 过大 量 实 验及 现 场 经验 总结 提 出关 键 块 体 理 论 ，该 理 论 应用赤平极射投影方法搜索 临空面 中关键块体 ，计 算得 到关键块体 的几何形状 、稳定性 系数 以及可能 发生失稳 的模式等 ，该理论在矿山的大 范围应用为 研究 节理岩体稳定性 问题提 供 了又一可靠方法 。 朱 杰 等 人 通 过 现 场 实 地 调 查 ，将 赤平 极 射 投 影 法 与 矢 量 运算 法 相 结合 ，确定 临 空 面 中关键 块 体 ，通过 设 计正交试验研究 了关键块体 的失稳概率 ，并结合可 靠度计算分析 了南京北极阁风貌区岩体边坡 的稳定
ｔｈｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｍｏｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｂｌｏｃｋ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ．Ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ａｉｄ ｏｆ ３ＤＥＣ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ３Ｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｋｅｙ ｂｌｏｃｋ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｒｓｅ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏ ｆ ｋｅｙ ｂｌｏｃｋｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｒｅ— ｆｅｒｒｅｄ ｓｔｒ ｕ ｃｔｕｒａ ｌ ｐｌａｎｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｖｅｒｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｕｍ ｅｒ ｉｃａ ｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｓｃｉｅｎｔｉｆ ｉｃ ｂａｓｉｓ ａｎｄ ｔｅｃｈ— ｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏ￣ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｍｉｎｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．
飞行动力学三维数值模拟方法
飞行动力学三维数值模拟方法飞行动力学是研究飞机飞行状态及其受力情况的学科，其主要任务是分析飞机在大气中受到的各种力的作用，以及飞机如何受力而产生相应的运动。
针对这一领域，三维数值模拟方法得到了广泛应用。
本文将介绍飞行动力学三维数值模拟方法及其应用。
飞行动力学的数值模拟旨在通过计算机模拟飞机在各种复杂的气动条件下的飞行状态和受力情况。
这种方法可以大大减少实验成本，提高分析精度，为生产和研发提供便利。
三维数值模拟方法主要包括离散法、控制体积法和有限元法等。
下面将逐一介绍这些方法及其特点。
离散法是一种常用的数值模拟方法，它将流体领域离散化成有限的小单元，通过数值方法求解流体动力学方程。
在飞行动力学中，离散法常用的技术包括有限差分法和有限体积法等。
有限差分法将连续的偏微分方程转化为离散的代数方程组，然后通过迭代的方式求解。
有限体积法则是通过将流体领域划分为离散的控制体积，对体积内的流体性质进行积分，从而得出离散的守恒方程。
离散法具有模拟复杂流体场的能力，但计算量较大，需要高性能计算机的支持。
控制体积法是一种以控制体积为基础的数值模拟方法，常用于流体动力学的计算。
在三维数值模拟中，控制体积法将流体领域划分为离散的控制体积，并通过对控制体积边界的通量积分，对流体动力学方程进行求解。
控制体积法不仅适用于不可压缩流体，而且对于可压缩流体也有很好的适应性。
该方法具有高精度、高效率和易于并行计算等优点，广泛应用于飞行器的气动分析和流固耦合问题。
有限元方法是一种常用的数值模拟方法，它通过将物体划分为有限的小单元，建立物体内部的变量分布方程，并在每个单元上进行数值插值，从而得到整个物体的数值解。
在飞行动力学中，有限元方法适用于解决结构分析和振动问题。
该方法在航空工程领域的应用非常广泛，可以用于优化设计、疲劳分析、气弹性分析等方面。
除了上述基本的数值模拟方法外，还有其他一些衍生的方法可供选择，如面元法、边界元法、质点法等。
数值模拟方法
数值模拟方法数值模拟方法是一种通过计算机模拟数学模型来解决实际问题的方法。
它是利用数值计算方法对不同领域的问题进行模拟和分析，是现代科学技术中的重要工具之一。
数值模拟方法在工程、物理、化学、生物等领域都有广泛的应用，可以帮助人们更好地理解和解决复杂的实际问题。
数值模拟方法的基本思想是将实际问题转化为数学模型，然后利用计算机进行数值计算，得到问题的近似解。
在进行数值模拟时，需要考虑到模型的准确性、计算的稳定性和计算的效率。
因此，数值模拟方法需要结合数学、计算机科学和实际问题的专业知识，进行综合分析和研究。
数值模拟方法的核心是数值计算方法，包括差分法、有限元法、谱方法等。
这些方法都是通过离散化连续问题，将其转化为离散的数学问题，然后利用计算机进行数值计算。
在实际应用中，需要根据具体问题的特点选择合适的数值计算方法，并对计算结果进行合理的分析和解释。
数值模拟方法在工程领域有着广泛的应用。
例如，在航空航天领域，数值模拟方法可以用来模拟飞机的气动性能，优化飞机的设计；在汽车工程领域，可以用来模拟汽车的碰撞安全性能，提高汽车的安全性能；在建筑工程领域，可以用来模拟建筑结构的受力情况，提高建筑结构的稳定性。
通过数值模拟方法，工程师可以更好地理解和分析复杂的工程问题，提高工程设计的效率和质量。
在物理学和化学领域，数值模拟方法也有着重要的应用。
例如，可以利用数值模拟方法模拟材料的结构和性能，研究材料的力学性能、热学性能和电学性能；可以利用数值模拟方法模拟化学反应的动力学过程，研究化学反应的速率和产物分布。
通过数值模拟方法，科学家可以更好地理解和预测物质的性质和行为，为新材料和新药物的设计提供理论支持。
在生物学领域，数值模拟方法也有着重要的应用。
例如，可以利用数值模拟方法模拟生物体内的生物力学过程，研究生物体的运动和变形；可以利用数值模拟方法模拟生物体内的生物化学过程，研究生物体的代谢和信号传导。
通过数值模拟方法，生物学家可以更好地理解和研究生物体的结构和功能，为疾病的诊断和治疗提供理论支持。
3DEC数值模拟方法ppt课件
Similar to distinct element method in the case of rigid blocks. For deformable bodies, modal superposition is used so nonlinearity is difficult to implement
Abutment stability assessment at Hongrich arch
dam1
精品1K课ol件iji et al, 2001. Int. J. Hydropower & Dams,
18, 56-61
Toppling
精品课件
Normal faulting in the upper part of the slope
精品课件
矿山开采稳定性分析研究
矿层分布模型 地质构造分布
当前开 采条件 下矿柱 几乎没 有屈服 断层影 响不大
开挖后对地表建筑物的影响
精品课件
屈服矿柱分布情况
矿岩崩落数值模拟
矿藏分布三维模型
对崩 落速 度和 规模 进行 预测
拉底后矿岩出露模型
拉底步骤
精品课件
矿岩三维节理模型
崩落过程模拟
精品课件
精品课件
Microseismicity
Fractured rock volume loaded axially with 10 MPa confining stress
精品课件
Fundamental Rock Mechanics
Grain structure
Displacements
Exaggerated deformation
3DEC用户手册(中文版)
译者在使用该软件的过程中，利用业余时间翻译说明，其中有很多不妥的地方，请谅解。
该说明为3dec4.0说明，4.1和4.0变化不大，用4.1可以先看这个说明作为一个熟悉的过程。
矿大3dec业余爱好者：青译者在使用该软件的过程中，利用业余时间翻译说明，其中有很多不妥的地方，本节为首次使用3DEC的用户提供介绍。
如果你熟悉该程序仅仅是偶尔使用，你会发现本节尤其是 2.6 节对于改变你原有印象是有帮助的。
开始启动提供程序在你的电脑上安装和启动的说明。
它还概述了把3DEC用于解决地质工程领域问题的推荐程序，包括演示这个程序的每一步简单的例子。
关于解决问题的更多信息将会在Section3 中提供。
3DEC是一个命令驱动程序。
这是一个重要区别，特别是你习惯于使用屏幕驱动程序的时候。
正如在Section1.1 中有预先的介绍的那样，命令驱动结构使3DEC 在工程分析领域一个得到广泛的应用。
然而，这种结构对初学者或者偶尔使用的人造成了一定的困难。
为了操作的代码，你必须编写命令行作为输入进入3DEC，无论是通过键盘还是远程数据文件。
UDEC 程序共有40个主命令，有接近400 个关键词。
本节包含如下内容。
Section2.1 将会给出关于下载、安装、使用3DEC的一系列步骤。
然后，Section2.2给出一个演示3DEC建模的常见输入命令。
在创建和运行自己的3DEC模型之前，你需要只要很多事情——比如，3DEC的专业术语。
3DEC的专业术语在Section2.3给出。
3DEC有限差分网格的定义将在Section2.4给出。
在命令驱动的模式下运行时，你也应该知道为3DEC输入语言的语法。
在 2.5节提供了一个概述。
3DEC模型运行的机制是分步骤描述。
在Section2.6，每一步都是单独讨论，并提供简单的例子。
2.7和2.8节分别讲述程序中的符号定义和单位。
3DEC使用和创建不同类型的文件都在2.9节中描述2.1节安装和启动程序2.1.1 安装3DEC3DEC程序包—包括windows95/98/ME/NT/2000/XP六个版本—通过光盘启动程序安装到电脑。
数值模拟方法范文
数值模拟方法范文数值模拟方法（Numerical simulation methods）是指通过数学模型和计算机技术，将实际问题转化为数值计算问题来进行模拟和分析的方法。
数值模拟方法在科学研究、工程设计、天气预报、地震预警、流体力学等领域都有广泛的应用。
下面将详细介绍数值模拟方法的基本原理和常见的应用案例。
首先，建立数学模型是数值模拟的基础。
通过对所研究问题的物理规律进行数学表达，得到偏微分方程或者代数方程组。
常见的数学模型有常微分方程、偏微分方程、代数方程等。
其次，对数学模型进行离散化处理。
将连续问题转化为离散问题，通过将求解区域划分成若干网格节点，确定离散点的坐标和相应的求解函数。
常见的离散化方法有有限差分法、有限元法、谱方法等。
然后，求解数值解是数值模拟的核心。
使用数值计算方法，将离散化得到的方程组转化为代数方程组，通过迭代求解方法得到数值解。
常见的求解方法有迭代法、直接法、迭代与直接法结合的方法等。
最后，分析和验证数值解。
对得到的数值解进行误差分析、收敛性分析等，验证数值解的可靠性和精确性。
常见的分析和验证方法有误差估计、收敛性证明、边界效应分析等。
数值模拟方法在科学研究和工程设计中有着广泛的应用。
例如在天气预报中，通过建立大气数学模型，离散化处理并求解方程组，可以得到未来一段时间的天气预报结果。
在地震预警中，通过对地壳运动和地震波传播的数学建模，可以模拟和分析地震过程，预测地震后的影响和灾害程度，为地震预警提供依据。
在工程设计中，数值模拟方法可以帮助优化设计参数，减少实验成本和时间。
例如在飞机设计中，通过对流体力学问题进行数值模拟，可以优化机身外形，降低阻力，提高飞行性能。
在汽车设计中，通过对车辆的碰撞过程进行数值模拟，可以预测并减少碰撞所造成的伤害。
此外，数值模拟方法还在材料科学、核能工程、市场预测等方面有广泛的应用。
例如在材料科学中，通过数值模拟方法可以研究材料的力学性能、材料的热传导性能等。
朱换春 3DEC UDEC 数值模拟
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。
3dec动力问题的边界条件
3dec动力问题的边界条件1. 引言在地质工程领域，3DEC（Distinct Element Code）是一种常用的数值模拟软件，用于模拟岩石和土壤的力学行为。
在使用3DEC进行动力问题模拟时，合理设置边界条件是确保模拟结果准确性和可靠性的关键因素之一。
本文将重点讨论3DEC动力问题的边界条件，并探讨其对模拟结果的影响。
2. 常见边界条件2.1 固定边界条件在一些情况下，岩石或土壤体受到固定约束，即不能发生位移。
这种情况下，可以将边界设置为固定边界条件。
固定边界可以通过设置节点或面元素为固定状态来实现。
2.2 自由面边界条件自由面是指没有受到约束或受到很少约束的岩石或土壤表面。
自由面常见于露天开采、挖掘工程等情况下。
在3DEC中，可以通过设置节点或面元素为自由状态来实现自由面边界条件。
2.3 周期性边界条件周期性边界常用于模拟周期性加载、振动等情况。
例如，在地震工程中，周期性加载是重要考虑因素之一。
通过设置周期性边界条件，可以模拟周期性加载或振动下的岩石或土壤响应。
3. 边界条件的设置方法3.1 通过GUI设置边界条件3DEC提供了直观的图形用户界面（GUI），可以通过该界面方便地设置边界条件。
用户可以选择节点或面元素，并在图形界面中进行相应的操作，如选择固定状态、自由状态或周期性状态。
3.2 通过脚本设置边界条件除了GUI，3DEC还支持使用脚本进行边界条件的设置。
用户可以使用脚本语言（如Python）编写相应的代码，实现自动化、批量化地设置边界条件。
4. 边界条件对模拟结果的影响4.1 固定边界条件对模拟结果的影响固定边界条件在一些情况下是合理和必要的，如岩石体受到坚固支撑时。
然而，在一些情况下，固定边界可能会对模拟结果产生不合理影响。
例如，在地震工程中，如果将所有节点都设置为固定状态，则无法准确模拟地震波传播和土体响应。
4.2 自由面边界条件对模拟结果的影响自由面是岩石或土壤表面的一种特殊边界条件。
数值模拟方法
数值模拟方法数值模拟方法是一种通过计算机模拟实际系统的数学方法，它在科学研究和工程应用中具有广泛的应用。
数值模拟方法可以通过建立数学模型，利用计算机进行数值计算，得到系统的行为和性能，从而为实际问题的分析和解决提供有效的手段。
本文将介绍数值模拟方法的基本原理、常用技术和应用领域。
数值模拟方法的基本原理是将实际系统抽象为数学模型，通过数学方程描述系统的行为规律，然后利用计算机进行数值计算，得到模型的解析解或数值解。
数值模拟方法主要包括有限元方法、有限差分方法、有限体积方法等。
其中，有限元方法是一种将连续系统离散化的方法，它将实际系统分割为有限个单元，通过单元之间的相互作用来描述整个系统的行为；有限差分方法是一种将微分方程转化为差分方程进行求解的方法；有限体积方法是一种将微分方程转化为积分方程进行求解的方法。
这些方法在实际应用中各有优缺点，可以根据具体问题的特点选择合适的方法进行数值模拟。
数值模拟方法在工程领域有着广泛的应用，例如在结构力学中，可以利用有限元方法对结构进行强度和刚度分析，为结构设计提供依据；在流体力学中，可以利用有限体积方法对流体流动进行模拟，为流体工程设计提供支持；在热传导领域，可以利用有限差分方法对热传导过程进行模拟，为热工程设计提供指导。
此外，数值模拟方法还在地球科学、生物医学、材料科学等领域有着重要的应用价值。
总之，数值模拟方法是一种重要的科学计算方法，它通过建立数学模型，利用计算机进行数值计算，为实际问题的分析和解决提供了有效的手段。
随着计算机技术的不断发展，数值模拟方法在科学研究和工程应用中将发挥越来越重要的作用。
希望本文的介绍能够帮助读者对数值模拟方法有所了解，为相关领域的研究和应用提供参考。
DEC数值模拟方法 ppt课件
Slope Stability
• Automatic Factor of Safety calculation for 3D slopes
• Uses Shear Strength Reduction method
Abutment stability assessment at Hongrich arch dam1
• Contacts are automatically updated as calculation progresses – large displacements are allowed
• Non-linear force displacement behavior may be assigned to contacts (joints)
W ithout G round S upport
N S
N S
What is 3DEC?
• 3DEC is best suited to modeling discontinuous materials (containing many intersecting discontinuities in 3D) that exhibit nonlinear behavior
矿山开采稳定性分析研究
矿层分布模型
当前开 采条件 下矿柱 几乎没 有屈服 断层影 响不大
开挖后对地表建筑物的影响
地质构造分布
屈服矿柱分布情况
矿岩崩落数值模拟
矿藏分布三维模型
对崩 落速 度和 规模 进行 预测
拉底后矿岩出露模型
拉底步骤
矿岩三维节理模型
崩落过程模拟
Nuclear Waste Disposal
Types of Discrete Element Methods for Discontinuum Analysis
3DEC模拟水电站
3DEC模拟水电站背景水电站是一种生成电力的设施，利用水的流动来驱动涡轮，产生机械能，最终转换为电能供应给社会。
然而，在水电站的建设中，常常需要进行复杂的地形开挖、基础建设、大型水力机械设备的安装等工作，存在一定的安全风险和技术难度。
使用三维边界元（3DEC）模拟技术可以有效地降低这些风险，提高水电站的建设质量。
3DEC 模拟技术3DEC 是一种基于数值模拟的计算方法，能够根据特定的边界条件和力学参数，模拟出工程场地中的物理现象。
基于 3DEC 技术的模拟软件可以模拟土体、岩体、隧道等复杂工程，具有较高的精度和可靠性。
在模拟过程中，可以分析各种扰动和变化对工程结构的影响，研究出最优的安全方案和建设方案。
在水电站的建设中，3DEC 模拟技术可以模拟水电站水库区域地形开挖、大坝施工、水电机组安装等场景，提供决策支持、加快工程进度、减少质量风险等优势。
具体来说，可以进行以下操作：1.地形开挖模拟：对于水库建设中的地形开挖工作，可以进行复杂的地形切削和挖掘过程的模拟，以此预测土体的稳定性和挖掘深度等关键参数。
2.大坝建设模拟：模拟水坝的建设过程，了解大坝结构的受力情况，以及坝体变形和破坏等情况，从而制定出最优方案。
3.水电机组安装模拟：在安装水电机组时，可以模拟出机组的受力情况，确定机组的安装方法和材料，避免潜在的结构问题。
使用 3DEC 模拟水电站的好处使用 3DEC 模拟水电站的好处主要有以下几点：1.降低安全风险：通过3DEC 模拟技术可以提前预测潜在的结构问题和危险情况，从而制定相应的安全预防措施，降低工程的安全风险。
2.提高建设质量：在建设过程中，3DEC 模拟技术可以提供决策支持，加快工程进度，减少质量风险，从而提高工程的建设质量。
3.减少建设成本：使用3DEC模拟水电站可以预测建设过程中可能出现的问题，提前制定相应的方案，从而减少工程重建和维修成本。
使用3DEC 模拟技术可以有效地提高水电站建设的质量，降低安全风险和建设成本，是一种非常有前景的建设工程模拟技术。
FLAC3D与3DEC特性简介
FLAC3D与3DEC特性简介FLAC3D与3DEC特性简介FLAC3D主要适于模拟计算地质材料和岩土上程的力学行为。
特别是材��达到屈服极限后产生的塑性流动、材料通过单元和区域表示，根据计算对象的形状构成相应的网格。
每个单元在外载和边界约束条件下，按照约定的线性或非线性应力―应变关系产生力学响应。
由于FLAC3D程序主要是为岩上工程应用而开发的岩石力学计算程序，程序中包括了反映地质材料力学效应的特殊计算功能，可计算地质类材料的高度非线性(包括应变硬化/软化)、不可逆剪切破坏和压密、粘弹(蠕变)、孔隙介质的应力－渗流耦合、热－力耦合以及动力学行为等。
FLAC3D程序设有多种本构模型： (1)各向同性弹性材料模型； (2)横观各向同性弹性材��模型； (3)莫尔―库仑弹塑材料模型； (4)应变软化/硬化塑性材科模型； (5)双屈服塑性材料模型； (6)遍布节理材料模型；(7)空单元模型，可用来模拟地下硐室的开挖和煤层开采；另外，程序设有界面单元，可以模拟断层、节理和摩擦边界的滑动、张开和闭合行为。
支护结构如砌衬、锚杆、可缩性支架或板壳等与围岩的相互作用也可以在FLAC3D中进行模拟。
同时、用户可根据需要在FLAC3D中创建自己的本构模型，进行各种特殊修正和补充。
FLAC3D程序建立在拉格朗日算法基础上，特别适合模拟大变形和扭曲。
FLAC3D采用显式算法来获得模型全部运动方程（包括内变量）的时间步长解，从而可以追踪材料的渐进破坏和垮落，这对研究采矿设计是非常重要的。
此外，程序允许输入多种材��类型，亦可在计算过程中改变某个局部的材料参数，增强了程序使用的灵活性。
极大地方便了在计算上的处理。
FLAC3D程序具有强大的后处理功能，用户可以直接在屏幕上绘制或以文件形式创建和输出打印多种形式的图形。
用户还可根据需要，将若干个变量合并在同一幅图形中进行研究分析。
3DEC 是基于离散模型的显式单元法的三维的计算机数值程序。
2015-2-数值模拟技术与应用 3dec
1.3 有限差分法（FDM）
有限差分法的基本原理与有限 单元法类似，只是它们各自的 求解方法有所差别。 有限单元法通过刚度矩阵的形 式求解每一单元的应力与应变， 而在有限差分中，空间离散点 处的控制方程组中每一个导数 直接由含场变量的代数表达式 替换，通过“显式”的方式逐 步求解每一单元的应力与应变。
目前解决途径: 简化假设，（只在有限的情况可行，过多的简化将可能
导致不正确的甚至错误的解） 借助计算机来获得满足工程要求的数值解，这就是数值 模拟技术
目前在工程技术领域内常用的数值模拟方法有： 有限单元法：ANSYS、NASTRAN、ABAQUS、MARC 边界元法：Examine2D、Examine3D 离散单元法：UDEC、3DEC、PFC、PFC3D、EDEM 有限差分法：FLAC3D、 FLAC2D
软件：Examine2D、Examine3D
1.5 离散单元法（DEM）
岩体往往为众多的节理或结构面所切割，在某些情况下， 岩体不能视为连续介质，具有明显的不连续性，很难用连 续介质力学方法如有限单元法来处理。 离散单元法是处理非连续介质力学的数值方法，特别适用 于节理岩体的应力分析，在土木工程方面应用广泛，尤其 在边坡稳定分析方面。
3DEC特点
> 3DEC内嵌广泛特色功能，如基于AutoCAD的dxf格式文件的复杂 模型生成器PGEN、复杂隧洞模型生成器和基于数理统计理论的节理 网络生成器 砌体结构动力失稳分析 > 内置程序编译器FISH具有强大内核干预能力，为高级用户进行自 定义功理及网格单元应力路径，特别地 ，能够真实展示与路径相关的材料强度峰后行为 > 程序采用内/外区域耦合和自动辐射网格生成法，进行无限域模 拟
基于离散元法确定隧道岩体力学参数研究
基于离散元法确定隧道岩体力学参数研究周洋洋，高亮，李泰霖，赵玉棣，张福勇，许庆斌（山东高速基础设施建设有限公司，山东济南250001）摘要：确定岩体力学参数是工程安全中要解决的重要问题，并直接影响隧道开挖方式以及支护材料的选用，是工程中实现节能低碳的重要手段。
本文采用离散元软件3DEC进行数值模拟分析，利用该软件内嵌的离散裂隙网络生成模块，并结合现场采集的隧道节理几何参数，创建了近似现场实际裂隙分布情况的节理岩体模型，通过室内试验等手段，获取了较完整岩石及节理的力学参数，构建了多尺寸的随机节理岩体模型。
对模型进行单轴压缩模拟，统计整理各尺寸下模拟结果，分析节理岩体力学参数的尺寸效应，确定节理岩体的表征单元体尺寸，进而确定岩体力学参数。
由数值模拟分析得出结论：运用离散裂隙网络技术可以较好地处理非贯通节理；岩体单轴抗压强度及弹性模量具有尺寸效应，随岩体尺寸增大，单轴抗压强度及弹性模量逐渐减小，最终趋于稳定；确定节理岩体的表征单元体尺寸在8～9m左右，得到节理岩体单轴抗压强度为0.21MPa，弹性模量为1.43GPa。
关键词：离散裂隙网络；尺寸效应；表征单元体尺寸；节理岩体力学参数；低碳节能中图分类号：U451.2 文献标识码：A 文章编号：1673-6478（2023）03-0200-04Determination of Rock Mass Mechanical Parameters of Tunnels Based on DiscreteElement MethodZHOU Yangyang, GAO Liang, LI Tailin, ZHAO Y udi, ZHANG Fuyong, XU Qingbin(Shandong High-speed Infrastructure Construction Co., Ltd., Jinan Shandong 250101, China) Abstract: The determination of the mechanical parameters of rock mass directly affects the tunnel excavation method and the selection of supporting materials, which is an important means to achieve energy conservation and emission reduction in engineering. This paper uses the discrete element software 3DEC for numerical simulation analysis. Using the discrete fracture network generation module embedded in the software and combined with the joint parameters of Qingdao tunnel collected on site, a joint rock mass model similar to the actual fracture distribution on site is created. The mechanical parameters of relatively complete rocks and joints are obtained through laboratory tests, and a multi-dimensional random jointed rock mass model is constructed. This paper carried out uniaxial compression simulation on the model, counted and sorted out the simulation results under various sizes, analyzed the size effect of mechanical parameters of jointed rock mass, determined the characterization unit size of jointed rock mass, and then determined the mechanical parameters of rock mass. From the numerical simulation analysis, it is concluded that the discrete fracture network technology can better deal with non through joints. The uniaxial compressive strength and elastic modulus of rock mass have size effect. With the increase of rock mass size, the uniaxial compressive strength and elastic modulus gradually decrease and finally tend to be stable. It is determined that the characterization unit size of jointed rock mass is about 8～9m, and the uniaxial compressive strength of jointed rock mass is 0.21MPa and the elastic modulus is 1.43GPa.收稿日期：2023-04-04作者简介：周洋洋（1983-），男，山东济南人，硕士，高级工程师，从事公路工程技术研究.（）第3期周洋洋等，基于离散元法确定隧道岩体力学参数研究201 Key words: discrete fracture network; size effect; characterization unit size; mechanical parameters of rock mass; low carbon and energy saving0引言岩体结构特征复杂，结构面及岩石内部存在缺陷使得岩体具有尺寸效应，岩体的尺寸效应是指岩体力学参数随岩石体积的增大而减小的现象。
数值模拟方法
数值模拟方法数值模拟方法是一种利用计算机对实际问题进行数值求解的数学方法。
它通过建立数学模型，利用数值计算的方法对模型进行求解，从而得到问题的近似解。
数值模拟方法在科学研究、工程技术和社会经济等领域都有着广泛的应用，成为现代科学技术发展的重要工具之一。
数值模拟方法的基本思想是将实际问题抽象为数学模型，利用计算机进行数值计算，得到问题的数值解。
它可以对复杂的物理现象进行模拟，分析和预测，为科学研究和工程设计提供重要的支持。
数值模拟方法通常包括建立数学模型、离散化、数值计算和结果分析等步骤。
建立数学模型是数值模拟方法的第一步，它是将实际问题用数学语言描述出来的过程。
在建立数学模型时，需要考虑问题的物理规律、边界条件和初值条件等因素，以确保模型的准确性和可靠性。
建立好数学模型后，接下来就是进行离散化处理，将连续的数学模型转化为离散的数值计算问题。
离散化是数值模拟方法的关键步骤，它将连续的数学模型离散化为离散的数值计算问题。
通常采用有限差分、有限元、有限体积等方法进行离散化处理，将连续的空间和时间离散化为有限的网格或单元，从而转化为离散的代数方程组。
通过对离散化后的代数方程组进行数值计算，可以得到问题的数值解。
数值计算是数值模拟方法的核心内容，它是利用计算机对离散化后的代数方程组进行数值求解的过程。
数值计算方法包括常微分方程的数值解法、偏微分方程的差分格式、线性代数方程组的求解方法等。
通过数值计算，可以得到问题的数值解，并进行结果分析和验证。
结果分析是数值模拟方法的最后一步，它是对数值计算结果进行分析和验证的过程。
通过结果分析，可以评估数值解的准确性和可靠性，发现计算中的错误和不足之处，并对结果进行解释和应用。
结果分析是数值模拟方法的重要环节，它直接影响到数值模拟的有效性和可靠性。
总的来说，数值模拟方法是一种重要的数学方法，它在科学研究和工程技术中有着广泛的应用。
通过建立数学模型、离散化、数值计算和结果分析等步骤，可以对实际问题进行数值模拟，得到问题的数值解。
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Distinct Element Method
Specification of shapes in 2 and 3 dimensions
• 2 & 3 dimensions – PFC disks & spheres
• 2 dimensions – UDEC arbitrary polygons – convex and concave – with rounded corners
*Cundall,P.A., and R.D. Hart.”Numerical Modeling of Discontinua,” Engineering Computations, 9(2), 101-113 (1992)
Finite element codes for modeling “discontinua” are often modified continuum programs, which cannot handle general interaction geometry (e.g. many intersecting joints). Their efficiency may degenerate drastically when connections are broken repeatedly.
If we attempt to identify neighboring blocks by an exhaustive scan (i.e. each block tested against each other), then the search-time is proportional to N2 where N is the number of blocks.
Fractured rock volume loaded axially with 10 MPa confining stress
Fundamental Rock Mechanics
Grain structure
Displacements
Exaggerated deformation
Simulated unconfined compression test on crystalline r Support
N S
N S
What is 3DEC?
• 3DEC is best suited to modeling discontinuous materials (containing many intersecting discontinuities in 3D) that exhibit nonlinear behavior
and memory allocation scheme that can handle many hundreds or thousands of discontinuities or contacts.
The name “Distinct Element Method” is used for a DEM that uses an explicit dynamic solution to Newton’s laws of motion.
What is 3DEC?
• A Distinct Element code that allows the simulation of the interaction of blocks
– e.g. jointed rock mass, masonry wall
What is 3DEC?
• Discontinuities are regarded as distinct boundary interactions between blocks
1Koliji et al, 2001. Int. J. Hydropower & Dams, 18, 56-61
Toppling
Normal faulting in the upper part of the slope
S-shaped deformation of rock lamellae
Slope Stability
• Automatic Factor of Safety calculation for 3D slopes
• Uses Shear Strength Reduction method
Abutment stability assessment at Hongrich arch dam1
• Discontinuous Deformation Analysis
Assumes contacts are rigid bodies and bodies may be rigid or deformable. No-penetration is achieved by iteration
• Momentum Exchange Methods
Fractured reservoir model
Hydraulic Fracture
Fluid pressure in joints during injection
Top portion of reservoir hidden for ease of viewing
Microseismicity
What is 3DEC?
• 3DEC blocks are rigid or deformable
• Deformable blocks are automatically meshed with tetrahedra to simulate a nonlinear continuum
What is 3DEC? With Ground Support
• Modal Methods
Similar to distinct element method in the case of rigid blocks. For deformable bodies, modal superposition is used so non-linearity is difficult to implement
3DEC数值模拟方法
2013 武汉
依泰斯卡 (武汉）咨询有限公司
提纲 3DEC(5.0)软件特点 3DEC(5.0)理论基础 3DEC(5.0)新功能 3DEC (5.0)算例分析
提纲 3DEC(5.0)软件特点 3DEC(5.0)理论基础 3DEC(5.0)新功能 3DEC (5.0)算例分析
Distinct Element Method
Three aspects ... 1. Geometry 2. Contact mechanics 3. Solid body mechanics
Distinct Element Method
Geometry 1) Specification of shapes in 2 and 3 dimensions 2) Interaction of pairs of contacting blocks or particles 3) Identification of contact character between 2 blocks
2. recognizes new interactions (contact) automatically as the calculation progresses
A discrete element code will embody an efficient algorithm for
detecting and classifying contacts. It will maintain a data structure
Types of Discrete Element Methods for Discontinuum Analysis
• Distinct Element
Use explicit time-marching scheme to solve equations of motion directly. Bodies may be rigid or deformable, contacts are deformable
Canister cover
Claystone Shotcrete
Localization in claystone at 6 months Concrete
Reproduced with permission of ANDRA
Hydraulic Fracture
Discrete Fracture Network
• 3 dimensions – 3DEC arbitrary polyhedra – concave bodies are constructed of several convex bodies attached together
Distinct Element Method
Interaction of pairs of contacting blocks or particles
• Contacts are automatically updated as calculation progresses – large displacements are allowed
• Non-linear force displacement behavior may be assigned to contacts (joints)
DEM Definitions
The name “Discrete Element Method” (DEM) should be applied to a method only if it*:
1. allows finite displacements and rotations of discrete bodies; including complete detachment