flac3d入门指南

尺寸和份数 要求为？
注意：
* 为了避免边界效应的影响，模型的外边界尺 寸最小应为应为地下开挖洞室直径的3～5倍。
* 为了保证计算结果的准确性，洞室周围的网 格划分应密集一些，但也不宜过细，否则会 影响计算速度。同时，单元体的边长比值要 控制在一定的范围内，尽量避免比较狭长的 单元体出现。
* 为了保证网格的连续性，应保证相邻边界节 点的匹配，例如，相邻网格有相同的单元体 数和一致的单元体几何变化率。
第二部分：
FLAC3D软件学习+ 实例操作
学习内容
• 1、基础知识 • 2、建模、划分网格 • 3、本构模型及参数 • 4、边界条件、初始条件及加载 • 5、初始地应力的生成方法及初
始平衡求解 • 6、求解及结果输出
1、基础知识
1.1 通用菜单(界面，菜单，术语) 1.2一个简单分析计算样例
建模、划分网格 定义材料模型和参数 初始条件及边界条件 求解 结果分析
同时，关键词size还可配合ratio来进 行运用，使得各单元间的长度按照一 定的比率逐渐增大或减小。
gen zone radcyl size 5 10 6 12 & ratio 1 1 1 1.2
建立比较复杂的计算模型，即通过生成这
些基本的单元来进行“拼凑”。如建立一个马 蹄形断面的隧道
gen zone radcyl size 5 10 6 12 & ratio 1 1 1 1.2 p0 0,0,0 p1 100, 0,0 & p2 0,200,0 p3 0,0,100
方法二：手动设置法
该法即手动进行初始地应力的设置，若有充足的 勘察资料，即可按实际资料进行详细设置，若无现场 资料，则垂直应力按土层自重设置，水平应力与垂直 应力间考虑侧压力系数，可按v/1-v(v为泊松比)进行 选择，采用solve命令。优点：求解速度快，检错性强， 前期变形合理。
初始地应力的生成
fix x ran x 1
fix y ran y 0
fix y ran y 1
ini dens 2000
set grav 0 0 -10
solve
prop bulk 3e7 shear 1e7 c 10e3 f 15 ten 0 solve
Step = 163 sz = -40e3
sx = -21.54e3
3、本构模型及参数
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11种力学材料模型：
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
交各向异性弹性模型）; 3. 7个塑性模型（Drucker-Prager模型、MohrCoulomb模型、应变硬化/软化模型、霍克-布朗模型、 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）.
2、建模、划分网格
在FLAC3D程序中建立计算网格主要采用 gen 命 令 ， 该 命 令 可 生 成 点 (point) 、 面 (surface)和单元(zone)。由于点和面在 三维计算程序中应用相对较少，此处主 要介绍单元(zone)的生成和组合方法。 主要命令：
brick gen zone +关键词 cshell ------
速度=位移/计算时步 再者，进行速度和位移清零时，则可采用 ini命令，即：
ini xvel 0 yvel 0 zvel 0 xdisp 0 & ydisp 0 zdisp 0
注意：
➢ 要特别注意fix x y z range z <范围>与 fix z range z <范围>之间的差别，前 者是x、y、z三方向的位移全被限制， 后者只限制了z方向的位移。
初始平衡的求解，最关心的问题是初始地应力的获 得，这里介绍两种常用的方法去获得初始地应力(基于 无现场地应力测试资料)。
方法一：重力自动分配法
该法仅指定材料的密度和重力加速度，边界进行 合理约束的情况下，由程序自身计算和分配应力，以 得到连续的三向地应力场，采用命令solve elastic执 行。其缺点是：求解速度慢，检错性弱，前期变形大。
radcyl
对于任何形状的单元体， 其建立单元模型时关键 点的描述需遵从一定的 顺序，如建立一规则的 六面体，其命令如下：
gen zone brick p0 * * * p1 * * * p2 * * * & p3 * * * size * * * rat * * *
当然，对于不规则的六面体我们需 要指定全所有关键点的坐标，即从 p0至p7所有点的坐标。
gen zone radtun size 5 10 5 12 & ratio 1 1 1 1.2 p0 0,0,0 p1 0,0, -100 & p2 0,200,0 p3 100,0,0
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。
➢ 考虑材料密度时，施加重力加速度要注意坐 ห้องสมุดไป่ตู้轴的方向。
4、边界条件及初始条件
在FLAC3D中，包含多种边界条件，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 应力等。这众多的边界条件主要通过apply或fix命 令来进行设置。而初始条件则主要通过initial命令 来执行，对所提的这两个命令必须严格区分并了解 其差异。通常我们所计算的模型均采用力学边界， 初始条件也基本是初始地应力的输入，对此两种不 同的力，其设置存在差别，同时在计算过程中，该 二者的变化情况也各不相同。
➢ 范围要准确。
➢ ini命令赋予梯度应力要注意初始值的 计算。
5、初始地应力的生成方法及 初始平衡求解
求解分两种类型，一类是初始平衡求解，另一类是 进行了相应操作后(如开挖)的计算求解。对于任何三维 数值计算模型，其初始平衡计算必不可少，待模型建立 完成后，设置了本构和材料参数以及相应的边界条件和 初始应力后，即可进行初始平衡求解，其目的是为了建 立和原始地层所处环境相接近的计算模型，以此可进行 相应的后续操作。
需要指出：只有网格数之间存在 整数倍的关系，才能采用attach 命令来进行连接，否则连接会失 败或仅能连接部分节点。
1.2634e6
Gen zone brick size 4 4 4 Gen zone brick size 4 4 4 p0 4.1 0 0 p1 8 0 0
p2 4.1 4 0 p3 4.1 0 4 Gen merge 0.1
fix x range x 49.9 50.1 (平面x=50处)
若在计算过程中，需对原先约束的平面接 触约束，则采用free命令进行设置。
对于速度边界，则相应可理解为间接位 移边界，设置的边界节点的速度，将随着计算 时步产生相应的位移，对于日常生产中的伺服 控制以及一些常规的试验，如单轴三轴实验等 可采用速度边界来进行较准确的位移控制和定 位。
对于体积模量和剪切模量，其和弹性模量 之间存在一转化公式：
或
对于材料的密度(干密度、湿密度等)则采 用initial命令来设置，即：
ini density * (range ---)
材料若考虑密度，则必须设置重力加速度， 重力加速度的设置采用set命令，即：
set gravity 0 0 –10 若重力方向为沿Z轴正向，则为10，若沿Z 轴负向，则为-10，若沿Y轴负向，则应设置为：
如对于z=-50处，sxx=-10e6+1e5*(-50)=-15e6 对于存在多个不同变化梯度的初始应力
的设置，必须保证在梯度变化处的应力值相 等，若出现应力的跳跃将会产生较大的误差， 其计算结果将不可取。
对于位移边界，通常情况下是设置固定边 界，即约束各边界在法线方向不发生任何位移， 采用fix命令进行设置，例如：
设置初始应力的弹塑性求解：
gen zon bri size 1 1 2 model mohr prop bulk 3e7 shear 1e7 c 10e3 f 15 ten 0 fix z ran z 0 fix x ran x 0 fix x ran x 1 fix y ran y 0 fix y ran y 1 ini dens 2000 ini szz -40e3 grad 0 0 20e3 ran z 0 2 ini syy -20e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2 ini sxx -20e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2 set grav 0 0 -10 solve
速度边界设置主要采用apply命令进行设置， 相应的可设置的速度变量为xvel、yvel、zvel， 例如：
apply xvel 2e-7 range x –0.1 0.1 其表示将x=0面上所有的节点速度均设置为 2e-7，若随着计算，需移除初始边界，则采用 apply remove 命令进行删除操作。 在进行速度边界设置时，速度的取值是关 键，若已知固定时间内的位移，速度的求解为：
Apply 命令施加的边界力，其在计算过程 中保持不变，且任意时刻均存在，除非再次执 行apply命令进行修改或网格移除，如地表超载 等；而ini命令施加的初始地应力，在计算过程 中，随着计算模型位移的产生，其内部的应力 将不断进行调整和重分配。其基本格式为：
apply szz * range z 60.1 59.9(施加在边界面上)
对此马蹄形隧道，其公 共面处，p0 — p0,p1—p3,
p2—p2,p4—p5 , p8—p9,p10 —p11
对于对称的模型也可以采 用镜像命令：
gen zone reflect norm -1 0 0 &