采矿工程数值计算方法——FLAC建模技巧与工程应用

采矿工程数值计算方法——FLAC建模技巧与工程应用1 FLAC建模方法1.1 建模（1）设计计算模型的尺寸（2）规划计算网格数目和分布（3）安排工程对象（开挖、支护等）（4）给出材料的力学参数（5）确定边界条件（6）计算模拟1.2 网格生成： Grid i,j 例如：grid 30,201.3 网格规划： Gen x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4例如：Gen 0,0 0,10 10,20 20,01.4 分区规划网格。

例如：Gen xI1,yI1 xI2,yI2 xI3,yI3 xI4,yI4 i=1,10 j=1,21 （I区）Gen xII1,yII1 xII2,yII2 xII3,yII3 xII4,yII4 i=10,20 j=1,21 (II 区）1.5 特殊形状的网格（1）圆形 gen circle xc,yc rad（2）弧线 gen arc xc,yc xb,yb theta（3）直线 gen line x1,y1 x2,y2（4）任意形状 tab 1 x1,y1, x2,y2, ,xn,yn, x1,y1 gen tab 11.6 赋给单元材料性质mod e (弹性)prop d 1800e-6 bu 12.5 sh 5.77 i=1,20 j=1,10prop d 2400e-6 bu 1250 sh 577 i=1,20 j=11,20mod m （弹塑性Mohr-Coulumb准则）prop d 1800e-6 bu 12.5 sh 5.77 c 0 fri 20 ten 0.015 reg i,j1.7 赋给模型边界条件（1）固定边界（结点） Fix x i=1, j=1,21 Fix y i=1,21 j=1（2）施加边界力 (结点) apply yf -10 i=1,21 j=21或 apply syy -10 i=1,21 j=21或 apply xf -5 i=21, j=1,21或 apply sxx -5 i=21, j=1,21（3）赋单元内应力（单元） ini sxx -10 i=1,20 j=1,20ini syy -5 var 0 4 i=1,21 j=1,211.8 计算Set grav 9.81Set largeStep 1000Save test.sav1.9 结果显示Plot grid 显示网格Plot bo 显示边界Plot plas 显示塑性区Plot sig1 fi 显示最大主应力σ1Plot sig2 fi 显示最小主应力σ2Plot sdif fi 显示主应力差(σ1- σ2)Plot str 显示主应力矢量场Plot xdis fi 显示X方向位移Plot ydis fi 显示Y方向位移Plot disp 显示位移矢量场1.10 保存与调用结果命令Call test.txt (或ca test.dat) 调用数据Save test.sav 保存结果New 重新开始Rest test.sav 调用结果Quit 退出程序2. FLAC运用技巧2.1 模型尺寸2.2 模拟开挖Mod nu i=6,15 j=5,12 (或 region i,j)2.3 模拟锚杆支护（端锚）struct cable begin grid i1,j1 end grid i2,j2 seg n prop 1 stru prop 1 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sbond 0 kbond 0.0001 stru prop 1 sfri 30 peri 0.2723 den 7.5e-32.4 模拟锚杆支护（全长锚固）struct cable begin grid i,j end x,y seg n prop 2stru prop 1 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sbond 0.42 kbond 5.37 stru prop 1 sfri 30 perimeter 0.2723 den 7.5e-32.5 模拟锚杆支护（预应力锚固）struct cable begin grid i1,j1 end i2,j2 seg n ten 10 prop 1 struct cable begin node n1 end x,y seg n prop 2stru prop 1 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sbond 0. kbond 0.1stru prop 1 sfri 0 perimeter 0.2723 den 7.5e-3stru prop 2 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sb 0.42 kb 5.37stru prop 2 sfri 30 perimeter 0.2723 den 7.5e-32.6 模拟断层Mod nu j=37int 1 as from i1,j1 to ,i1,j2 bs from i2,j1 to i2,j2int 1 kn 1000 ks 400 fri 25 c 0.01 t 0.00012.7 其它技巧（1）网格优化（2）先弹性、后塑性（3）分步开挖（4）动力学问题模拟（5）固流耦合问题模拟（6）合理解释结果（7）多种形式输出结果（8）报告格式The purpose of computing is in-sight, not numbers. —FLAC Manuals1. 绕xy平面reflect，则dip= 0，dd=902. 绕xz平面reflect，则dip= 90，dd=03. 绕yz平面reflect，则dip=90 ，dd=270FLAC 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、写多少个都没有崐关系。

i,j,m 和 n 开始的变量要求整型数, 否则要求实型数。

•实型数的小数点可崐以忽略, 但是整型数不能带小数点。

数值间可以用空格隔开, 空格的数目不限,•也可以用下面的分隔符隔开:( ), / =< > 表示可选的参数, 输入时括号不用输入;... 表示可以有任意个参数。

由 * 号开始到行末为注释, FLAC 在执行时不理会。

下面的 FLAC 命令按字母排列。

Apply 关键词 = 数值 <关键词 = 数值 ...> <范围>可以有下面的关键词:Pressure 压力XForce X-方向的力YForce Y-方向的力ATtach 该命令可以将一条线上的结点和另一条线上的结点互相接合在一起, 用以形成复杂的网格形状。

Call 文件名写成的命令文件可以用 Call 命令来调用, 命令文件的最后一行必须是RETURN, 以返回到交互方式。

命令文件中不能有 CALL 命令本身。

Config 关键词FLAC 用以解平面应变问题, •但经过配置命令也可以用于解平面应力问题或轴对称问题。

需要时应在形成网格之前发。

关键词有:P_STR 平面应力问题AX 轴对称问题CYC n该命令同 STEP, 为执行 n 个时步的循环运算。

Fix X <Mark> <范围>YX Y用此命令可以使 <范围> 内结点的 x- 或 y- 方向的速度保持不变。

<范围> 的格式可以是 I = i1,i2, J = j1,j2; i 和 j •何者先输入没有关系。

如果要求位移固定, 则必须将速度初始化为零 (开始时速度的缺省值为零)。

FIX和 INI XV, YV •可以联合使用以提供一个刚性移动的边界条件。

如果有 MARK 的关键词, 则只有在此范围内被标记的结点将被固定。

FRee X <Mark> <范围>YX Y该命令与 FIX 命令相反, 用于放松对结点的约束。

GEn x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4 <Ratio ri rj> <range><Same> <Same> <Same> <Same>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.GEn Circle xc,yc radArc xc,yc xb,yb thetaLine x1,y1 x2,y2该命令产生园、弧或直线。

ARC 弧的圆心为 (xc,yc), 起始点为 (xb,yb), 逆时针的角为theta 度CIRCLE 园的中心为 (xc,yc), 半径为 radLINE 直线的两端为 (x1,y1) 和 (x2,y2).用 ARC 等关键词所形成的边界系被标记 (参见命令 MARK 和UNMARK)过, 标记结点所围住的区域在以后用命令 INITAL, MODEL 和 PROPERTY 时可以用关键词 REGION 来说明。

Gen ADJust用此命令来微调网格, 使之离散平滑。

该命令可以连续使用以增进平滑效果的。

Grid icol jrow此命令用以产生数目为 icol 列和 jrow 行的网格。

对于 640k 内存的FLAC 版本, 如用摩尔-库仑的本构模型约可分两千个单元。

Help 帮助命令, 可在屏幕上显示命令表。

His <Nstep=n> <关键词 . . . I=i1 J=j1>每隔 NSTEP 时步, 记录一下关键词所示项目在 i1 和 ji •结点或单元的数值。

NSTEP 的缺省值为 10. 用户应记住所要求 His (历史)•的顺序, 因以后在打印或绘图时要用。

历史值在 FLAC 停止运行时删除, 因此如果要保留的话, 要用到命令 HIS WRITE N (见下面)。

可以用的关键词有:Ang 单元 i,j 内的最小主应力和 X-轴所形成的夹角PP 单元 i,j 内的孔隙压力SIG1 单元 i,j 的最大主应力SIG2 单元 i,j 的最小主应力SXX 单元 i,j 的 xx-应力SYY 单元 i,j 的 yy-应力SXY 单元 i,j 的 xy-应力X 结点 i,j 的 x-坐标Y 结点 i,j 的 y-坐标XDis 结点 i,j 的 x-位移YDis 结点 i,j 的 y-位移Unbal 最大不平衡力XVel 结点 i,j 的 x-速度YVel 结点 i,j 的 y-速度XXA 单元 i,j 三角形 a 的 xx-应力XYA 单元 i,j 三角形 a 的 xy-应力YYA 单元 i,j 三角形 a 的 yy-应力XXB 单元 i,j 三角形 b 的 xx-应力XYB 单元 i,j 三角形 b 的 xy-应力YYB 单元 i,j 三角形 b 的 yy-应力XXC 单元 i,j 三角形 c 的 xx-应力XYC 单元 i,j 三角形 c 的 xy-应力YYC 单元 i,j 三角形 c 的 yy-应力XXD 单元 i,j 三角形 d 的 xx-应力XYD 单元 i,j 三角形 d 的 xy-应力YYD 单元 i,j 三角形 d 的 yy-应力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。