FLAC3D在采礦工程中的應用

1、GeoHohaiFLAC / FLAC3D在巖土工程中的應用報告人：陳育民報告人：陳育民 博士生博士生導導 師：劉漢龍師：劉漢龍 教授教授河海大學巖土工程研究所河海大學巖土工程研究所2006-10-13同濟大學地下建筑與工程系GeoHohai主要內容FLAC3D 軟件簡介軟件簡介 基本原理基本原理 前后處理前后處理 FISH語言簡介語言簡介 流流-固耦合分析固耦合分析 初始應力的生成初始應力的生成 接觸單元與應用接觸單元與應用 完全非線性的動力分析完全非線性的動力分析 自定義本構模型自定義本構模型 結構單元及應用結構單元及應用FLAC(2D) GIIC操作操作 接觸面設置接觸面設置 流體計算流

2、體計算GeoHohaiFLAC3D軟件簡介軟件簡介基本原理基本原理前后處理前后處理FISH語言簡介語言簡介流流-固耦合分析固耦合分析初始應力的生成初始應力的生成接觸單元與應用接觸單元與應用完全非線性的動力分析完全非線性的動力分析自定義本構模型的基本方法自定義本構模型的基本方法結構單元及應用結構單元及應用GeoHohai軟件介紹Fast Lagrangian Analysis of Continua美國美國Itasca咨詢公司開發(fā)咨詢公司開發(fā)2D程序程序(1986)1990年代初引入中國年代初引入中國有限差分法有限差分法(FDM)DOS版版2.0 2.1 3.0 3.1Itasca其他軟件其他軟

3、件GeoHohai軟件介紹應用：應用： 巖土力學分析，例礦體滑坡、煤礦開采沉陷預測、水利巖土力學分析，例礦體滑坡、煤礦開采沉陷預測、水利樞紐巖體穩(wěn)定性分析、采礦巷道穩(wěn)定性研究等樞紐巖體穩(wěn)定性分析、采礦巷道穩(wěn)定性研究等 巖土工程巖土工程、采礦工程、水利工程、地質工程、采礦工程、水利工程、地質工程 特色：特色： 大應變大應變模擬模擬 完全動態(tài)完全動態(tài)運動方程運動方程使得使得FLAC3D在模擬物理上的不穩(wěn)定過在模擬物理上的不穩(wěn)定過程不存在數值上的障礙程不存在數值上的障礙 動力分析功能動力分析功能地震工程地震工程 襯砌功能襯砌功能地下工程地下工程 可開發(fā)功能可開發(fā)功能GeoHohaiFLAC3D軟件簡

4、介軟件簡介基本原理基本原理前后處理前后處理FISH語言簡介語言簡介流流-固耦合分析固耦合分析初始應力的生成初始應力的生成接觸單元與應用接觸單元與應用完全非線性的動力分析完全非線性的動力分析自定義本構模型的基本方法自定義本構模型的基本方法結構單元及應用結構單元及應用GeoHohai有限差分法古老的方法古老的方法(上世紀上世紀40年代年代)用差分格式轉化控制方程中的微商格式用差分格式轉化控制方程中的微商格式流體力學；土工滲流問題；固結流體力學；土工滲流問題；固結FDM & FEM的混合求解的混合求解FDM的新進展的新進展GeoHohaiLagrangian網格源自流體力學中的拉格朗日法源自流體力學

5、中的拉格朗日法 跟蹤流體質點的運動狀態(tài)跟蹤流體質點的運動狀態(tài) 跟蹤固體力學中結點，按時步用跟蹤固體力學中結點，按時步用Lagrangian法研究網格節(jié)點的運動法研究網格節(jié)點的運動節(jié)點和單元隨材料移動，邊界和接觸面節(jié)點和單元隨材料移動，邊界和接觸面與單元的邊緣一致與單元的邊緣一致固體力學大變形理論固體力學大變形理論法國數學家、物理學家拉格朗日 GeoHohai空間混合離散技術結構域離散為可由四面體單元組合形成的五面體或結構域離散為可由四面體單元組合形成的五面體或六面體等單元六面體等單元以以 為基本單元為基本單元(常應力、常應變常應力、常應變)體應變的計算：體應變的計算：偏應變的計算：偏應變的計算

6、：GeoHohai空間混合離散技術+/2=GeoHohaiLagrangian格式動量平衡方程F(t)duFm amdtijiijdugdtx, ,u u u m牛頓運動定律對于連續(xù)體在靜力平衡條件下，加速度項為0，方程變?yōu)槠胶夥匠蘂eoHohaiCase-1自由落體的模擬G = mgS = 1/2gt2 = 20m命令流：命令流：config dyngen zon bri size 1 1 1ini x mul 0.1 y m 0.1 z m 0.1model elasprop bulk 3e8 shear 1e8ini dens 1000set grav 0 0 -10solve age

7、2GeoHohaiCase-1自由落體的模擬(movie)GeoHohaiFLAC3D的求解過程平衡方程(動量方程)應力應變關系(本構模型)Gauss定律單元積分應變率速度節(jié)點力新的應力對所有的網格節(jié)點對所有單元GeoHohaiFLAC3D中的本構模型GeoHohaiFLAC3D軟件簡介軟件簡介基本原理基本原理前后處理前后處理FISH語言簡介語言簡介流流-固耦合分析固耦合分析初始應力的生成初始應力的生成接觸單元與應用接觸單元與應用完全非線性的動力分析完全非線性的動力分析自定義本構模型的基本方法自定義本構模型的基本方法結構單元及應用結構單元及應用GeoHohaiFLAC3D的前后處理命令驅動命令

8、驅動(推薦推薦) 程序控制程序控制 圖形界面接口圖形界面接口 計算模型輸出計算模型輸出 指定本構模型及參數指定本構模型及參數 指定初始條件及邊界條件，指定結構單元指定初始條件及邊界條件，指定結構單元 指定接觸面指定接觸面 指定自定義變量及函數指定自定義變量及函數(FISH) 求解過程的變量跟蹤求解過程的變量跟蹤 進行求解進行求解 模型輸出模型輸出GeoHohai菜單驅動(計算模式)命令欄GeoHohai菜單驅動(Plot)GeoHohaiCase-2 一個最簡單的例子gen zon bri size 3 3 3 ;建立網格建立網格model elas ;材料參數材料參數prop bulk 3e

9、8 shear 1e8ini dens 2000 ;初始條件初始條件fix z ran z -.1 .1 ;邊界條件邊界條件fix x ran x -.1 .1fix x ran x 2.9 3.1fix y ran y -.1 .1fix y ran y 2.9 3.1set grav 0 0 -10solve ;求解求解app nstr -10e4 ran z 3 x 1 2 y 1 2solveRUN FLAC3DGeoHohai前后處理功能的優(yōu)點多種多種zone類型類型后處理快捷、方便、豐富后處理快捷、方便、豐富計算過程中的計算過程中的hist變量動態(tài)顯示變量動態(tài)顯示FISH可進行參數

10、化模型設計可進行參數化模型設計單元狀態(tài)的可編程單元狀態(tài)的可編程計算暫停時的后處理與可保存計算暫停時的后處理與可保存GeoHohaiFLAC3D軟件簡介軟件簡介基本原理基本原理前后處理前后處理FISH語言簡介語言簡介流流-固耦合分析固耦合分析初始應力的生成初始應力的生成接觸單元與應用接觸單元與應用完全非線性的動力分析完全非線性的動力分析自定義本構模型的基本方法自定義本構模型的基本方法結構單元及應用結構單元及應用GeoHohaiFISH語言簡介軟件自帶的編程語言軟件自帶的編程語言語法簡單語法簡單xxxend_xxx注意事項注意事項 與與FLAC本身的關鍵字沖突本身的關鍵字沖突 保留字不可縮寫保留字

11、不可縮寫 變量可不定義，因此注意檢查程序變量可不定義，因此注意檢查程序 print fish table, extra等命令使用等命令使用GeoHohaiCase-3 FISH與建模Tunnel.txt兩個圓形隧道的連接部分兩個圓形隧道的連接部分變直徑的隧道部分變直徑的隧道部分Tunnel.txtGeoHohai主要內容軟件簡介軟件簡介基本原理基本原理前后處理前后處理FISH語言簡介語言簡介流流-固耦合分析固耦合分析接觸單元與應用接觸單元與應用完全非線性的動力分析完全非線性的動力分析自定義本構模型的基本方法自定義本構模型的基本方法結構單元及應用結構單元及應用GeoHohaiFLAC3D流-固耦

12、合分析(單相流)基本功能基本功能理論框架理論框架計算模式計算模式滲流邊界條件，初始條件滲流邊界條件，初始條件單滲流計算及滲流耦合計算單滲流計算及滲流耦合計算 GeoHohai基本功能滲流各向同性、各向異性滲流各向同性、各向異性不同的滲流模型和屬性不同的滲流模型和屬性流體壓力，涌入量，滲漏量和不滲水邊界流體壓力，涌入量，滲漏量和不滲水邊界抽水井、點源、體積源抽水井、點源、體積源飽和滲流可采用顯式差分法、隱式差分法飽和滲流可采用顯式差分法、隱式差分法 非飽和滲流非飽和滲流采用顯式差分法采用顯式差分法滲流滲流-固體固體-熱熱的耦合的耦合流體和固體的耦合程度依賴于土體顆粒流體和固體的耦合程度依賴于土體

13、顆粒(骨架骨架)的壓縮的壓縮程度，用程度，用Biot系數表示顆粒的可壓縮程度。系數表示顆粒的可壓縮程度。 循環(huán)荷載引起的動水壓力變化和循環(huán)荷載引起的動水壓力變化和土體液化土體液化。GeoHohai地下水模擬方法有效應力計算有效應力計算 不耦合不耦合 孔壓為了正確計算有效應力孔壓為了正確計算有效應力滲流計算已得到孔壓分布滲流計算已得到孔壓分布 飽和飽和 有水面線的部分飽和有水面線的部分飽和力學變形產生孔壓力學變形產生孔壓 靜力或者動力靜力或者動力 不排水孔壓或液化不排水孔壓或液化流固耦合計算模式流固耦合計算模式 時間比例時間比例GeoHohai有效應力計算不設置不設置CONFIG Fluid孔壓

14、不改變孔壓不改變設置孔壓分布設置孔壓分布 INITIAL pp WATER table WATER density WATER table face SET gravity手動設置手動設置干濕密度干濕密度設置設置CONFIG fluid設置土體設置土體干密度干密度 滲流模型滲流模型 MODEL fl_isotropic MODEL fl_anisotropic MODEL fl_null SET fluid offset WATER bulk = 0無滲流模式滲流模式GeoHohai不耦合計算CONFIG fluidSET mech off正確的滲透系數正確的滲透系數得到孔壓分布和水面線得到孔

15、壓分布和水面線穩(wěn)態(tài)滲流可以減小穩(wěn)態(tài)滲流可以減小KfCONFIG fluidSET fluid off正確的流體模量正確的流體模量Kf不需要滲透系數不需要滲透系數單滲流模式單力學模式GeoHohai流固耦合計算CONFIG fluidSET fluid on真實的流體模量真實的流體模量Kf和滲透系數和滲透系數耦合方式耦合方式 D DpDeDevD D DeDev D Dp計算模式計算模式 手動調整的手動調整的STEP求解求解 主從進程的主從進程的SOLVE求解求解 自動自動STEP求解求解GeoHohai流固耦合的計算方法手動調整的手動調整的STEP求解求解SET fluid on mech o

16、ffSTEPSET fluid off mech onSTEP主從進程的主從進程的SOLVE求解求解SET mech forceSET mech substep n auto (從進程)SET mech substep m(主進程)SOLVE age自動自動STEP求解求解STEPGeoHohai滲流問題(CONFIG fluid)分析步驟時間比例時間比例(ts, tc) 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 不排水狀態(tài)不排水狀態(tài) 相當相當擾動類型擾動類型 力學擾動力學擾動 孔壓擾動孔壓擾動流固剛度比流固剛度比Rk 是否是否1完全耦合模式完全耦合模式 時間比例相當；力學擾動時間比例相當；力學擾動GeoHohai滲流邊界條

17、件，初始條件默認的邊界條件是不透水邊界默認的邊界條件是不透水邊界 孔隙壓力自由孔隙壓力自由(不透水邊界不透水邊界 )固定孔隙水壓力固定孔隙水壓力(透水邊界透水邊界) 如：井如：井 孔隙壓力，孔隙率，飽和度和流體屬性的初始分布可以孔隙壓力，孔隙率，飽和度和流體屬性的初始分布可以用用INITIAL命令或者命令或者PROPERTY命令定義。命令定義。 GeoHohaiCase-4 真空預壓的簡單模擬孔壓邊界條件孔壓邊界條件tstc 長期分析長期分析(排水排水)Rk1 骨架很軟骨架很軟孔壓擾動孔壓擾動 進行進行biot_mod調整調整砂層軟土層粘土層PVD2m8m10mVacuum.txtGeoHoh

18、ai數值分析過程(movie)GeoHohai初始應力的生成為什么要單獨列出？為什么要單獨列出？ 分析過程中出現的很多問題都與初始應力是否合理有關分析過程中出現的很多問題都與初始應力是否合理有關 手冊中的例子五花八門手冊中的例子五花八門生成方法生成方法 彈性求解彈性求解 更改強度參數的彈塑性求解更改強度參數的彈塑性求解 設置初始應力的彈塑性求解設置初始應力的彈塑性求解 存在水壓力的初始應力生成存在水壓力的初始應力生成 水下建筑的初始應力生成水下建筑的初始應力生成GeoHohai彈性求解模型尺寸模型尺寸單元數量單元數量密度密度KGU112 (m3)112200030MPa10MPa0.35gen

19、 zon bri size 1 1 2m elasprop bulk 3e7 shear 1e7fix z ran z 0fix x ran x 0fix x ran x 1fix y ran y 0fix y ran y 1ini dens 2000set grav 0 0 -10solveStep = 162 z = -40e3 x = -21.54e3GeoHohai更改強度參數的彈塑性求解模型模型尺寸尺寸單元單元數量數量密度密度KGcf fu112 (m3)112200030MPa 10MPa10kPa150.35gen zon bri size 1 1 2model mohrprop

20、 bulk 3e7 shear 1e7 c 1e10 f 15 ten 1e10fix z ran z 0fix x ran x 0fix x ran x 1fix y ran y 0fix y ran y 1ini dens 2000set grav 0 0 -10solveprop bulk 3e7 shear 1e7 c 10e3 f 15 ten 0solveStep = 163 z = -40e3 x = -21.54e3Or: solve elasticGeoHohai設置初始應力的彈塑性求解模型模型尺寸尺寸單元單元數量數量密度密度KGcf fu112 (m3)112200030M

21、Pa 10MPa10kPa150.35gen zon bri size 1 1 2model mohrprop bulk 3e7 shear 1e7 c 10e3 f 15 ten 0fix z ran z 0fix x ran x 0fix x ran x 1fix y ran y 0fix y ran y 1ini dens 2000ini szz -40e3 grad 0 0 20e3 ran z 0 2ini syy -20e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2ini sxx -20e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 2set grav 0 0 -10sol

22、veStep = 0 z = -40e3 x = -20e3GeoHohai存在水壓力的初始應力生成模型模型尺寸尺寸單元單元數量數量飽和飽和密度密度KGcf fu水位水位線線孔隙孔隙率率112(m3)112200030MPa10MPa10kPa150.351m0.5gen zon bri size 1 1 2model mprop bulk 3e7 shear 1e7 c 10e10 f 15 ten 1e10fix z ran z 0fix x ran x 0fix x ran x 1fix y ran y 0fix y ran y 1ini dens 2000 ran z 0 1ini d

23、ens 1500 ran z 1 2ini szz -35e3 grad 0 0 20e3 ran z 0 1ini syy -17.5e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 1ini sxx -17.5e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 1ini szz -15e3 grad 0 0 15e3 ran z 1 2ini syy -7.5e3 grad 0 0 7.5e3 ran z 1 2ini sxx -7.5e3 grad 0 0 7.5e3 ran z 1 2ini pp 10e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 1set grav 0 0 -10

24、Step = 83 z = -33.75e3 x = -23.21e3 d = s ns fGeoHohai水下建筑的初始應力生成模型模型尺寸尺寸單元單元數量數量飽和飽和密度密度KGcf fu水位水位線線112(m3)112200030MPa10MPa10kPa150.353mgen zon bri size 1 1 2model mprop bulk 3e7 shear 1e7 c 10e10 f 15 ten 1e10fix z ran z 0fix x ran x 0fix x ran x 1fix y ran y 0fix y ran y 1ini dens 2000 ran z 0

25、2ini szz -50e3 grad 0 0 20e3 ran z 0 1ini syy -30e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 1ini sxx -30e3 grad 0 0 10e3 ran z 0 1ini pp 30e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 2app nstress -10e3 ran z 2set grav 0 0 -10solveStep = 111 z = -50e3 x = -44.4e3GeoHohai初始應力檢查辦法初始應力的計算時間不會初始應力的計算時間不會“非常長非常長”經常檢查模型的響應經常檢查模型的響應 plo con s

26、zz (syy, sxx)應力場應力場 plo con zdis (ydis, xdis)位移場位移場 plo blo sta屈服狀態(tài)屈服狀態(tài) plo gpfix red sk速度約束條件速度約束條件 plo fap red sk體力體力 plo hist (unbal)不平衡力不平衡力 plo interface nstress (sstress) 接觸面單元接觸面單元GeoHohai主要內容軟件簡介軟件簡介基本原理基本原理前后處理前后處理FISH語言簡介語言簡介流流-固耦合分析固耦合分析初始應力的生成初始應力的生成接觸單元與應用接觸單元與應用完全非線性的動力分析完全非線性的動力分析自定義本

27、構模型的基本方法自定義本構模型的基本方法結構單元及應用結構單元及應用GeoHohai接觸面單元的用途巖體介質中的解理、斷層、巖層面巖體介質中的解理、斷層、巖層面地基與土體的接觸地基與土體的接觸箱、槽及其內充填物的接觸箱、槽及其內充填物的接觸空間中無變形的固定空間中無變形的固定“障礙障礙”GeoHohai接觸面的原理三角形單元三角形單元(無厚度無厚度!)參數較多參數較多三種工作模式三種工作模式 粘結界面粘結界面 粘接滑移粘接滑移 庫倫滑動庫倫滑動GeoHohai接觸單元模型的建立(1)關鍵關鍵要形成同一位置的兩個節(jié)點要形成同一位置的兩個節(jié)點(面面)“移來移去移來移去”(推薦推薦) 建兩個分開的模

28、型建兩個分開的模型 建立接觸單元建立接觸單元 通過通過INI * add使模型接觸使模型接觸 注意注意dist的含義的含義 NO merge!接觸面dist1234GeoHohai接觸單元模型的建立(2)“導來導去導來導去” 利用利用expgrid, impgrid命令進行網格導出與導入命令進行網格導出與導入 配合配合DELETE命令命令 適于內部接觸面的建立，或適于內部接觸面的建立，或 其他前處理工具建立的網格其他前處理工具建立的網格GeoHohai“導來導去”具體方法save 1.savdel ran grop 2 notInterface 1 facesave 2.savrest 1.s

29、avdel ran group 2expgrid 1.fac3drest 2.savimpgrid 1.flac3dGeoHohai接觸面參數的確定虛構的為了合并節(jié)點而設置的接觸面虛構的為了合并節(jié)點而設置的接觸面 Kn=ks=10*真實的剛性接觸面真實的剛性接觸面 如料倉下料如料倉下料 c,D,Tension重要，重要，kn,ks不重要不重要真實的柔性接觸面真實的柔性接觸面 斷層；斷層；水力劈裂水力劈裂材料材料 試驗得到參數試驗得到參數 對于對于kn,ks：巖石斷層：巖石斷層10100MPa/m(粘土粘土); 100GPa(巖巖石石) 反分析方法反分析方法：通過斷層中巖石的變形與原巖的變形：通

30、過斷層中巖石的變形與原巖的變形GeoHohai主要內容軟件簡介軟件簡介基本原理基本原理前后處理前后處理FISH語言簡介語言簡介流流-固耦合分析固耦合分析初始應力的生成初始應力的生成接觸單元與應用接觸單元與應用完全非線性的動力分析完全非線性的動力分析自定義本構模型的基本方法自定義本構模型的基本方法結構單元及應用結構單元及應用GeoHohai完全非線性的動力分析與等效線性方法的比較與等效線性方法的比較動力荷載動力荷載動力邊界條件動力邊界條件力學阻尼于滯回阻尼力學阻尼于滯回阻尼地震波的調整地震波的調整動孔壓的生成動孔壓的生成GeoHohaiFLAC與等效線性方法等效線性方法是巖土地震工程中的常用方法

31、等效線性方法是巖土地震工程中的常用方法動本構模型動本構模型 等效線性模型等效線性模型 抗剪強度的降級曲線 阻尼比隨剪應變的變化 FLAC 常規(guī)模型(MC)多種頻率成分的干涉和混合多種頻率成分的干涉和混合永久變形計算永久變形計算彈塑性計算彈塑性計算GeoHohai動力荷載動力輸入的類型動力輸入的類型 加速度時程加速度時程 速度時程速度時程 應力應力(壓力壓力)時程時程 力時程力時程APPLY INTERIOR (內部內部) TABLE FISHGeoHohaiQuiet邊界靜態(tài)靜態(tài)(quiet,粘性粘性)邊界邊界 Lysmer and Kuhlemeyer(1969) 模型邊界法向和切向設置獨立

32、的阻尼器模型邊界法向和切向設置獨立的阻尼器性能性能 對于法向對于法向p波和波和s波能很好的吸收波能很好的吸收 對于傾斜入射的波和對于傾斜入射的波和Rayleigh波也有所吸收，但存在反波也有所吸收，但存在反射射 人工邊界仍應當足夠遠人工邊界仍應當足夠遠GeoHohaiQuiet邊界應用內部振動內部振動(如隧道中的列車振動問題如隧道中的列車振動問題) 動力荷載直接施加在節(jié)點上動力荷載直接施加在節(jié)點上 使用使用Quiet邊界減小人工邊界上的反射邊界減小人工邊界上的反射 不需要不需要FF邊界邊界外部荷載的底部邊界外部荷載的底部邊界 軟土地基上的地震荷載不適合用加速度或速度邊界條件軟土地基上的地震荷載

33、不適合用加速度或速度邊界條件 使用應力條件使用應力條件t t = -2Cs vs地震底部輸入的側向邊界地震底部輸入的側向邊界 扭曲了入射波扭曲了入射波quietquietquietGeoHohaiFree-field邊界Cundall et al. (1980)自由場網格與主體網格的耦合粘性阻尼器，自由場網格自由場網格與主體網格的耦合粘性阻尼器，自由場網格的不平衡力施加到主體網格邊界上的不平衡力施加到主體網格邊界上設置條件設置條件 底部水平，重力方向為底部水平，重力方向為z向向 側面垂直，法向分別為側面垂直，法向分別為x, y向向 其他邊界條件在其他邊界條件在APPLY ff之前之前GeoHo

34、haiFree-field邊界APPLY ff將邊界上單元的屬性、條件和變量全部轉移將邊界上單元的屬性、條件和變量全部轉移ff單元上；單元上；設置以后主體網格上的改動將不會被設置以后主體網格上的改動將不會被FF邊界所響應邊界所響應可存在任意的本構模型以及流體耦合可存在任意的本構模型以及流體耦合(僅豎向僅豎向)FF邊界進行小變形計算，主體網格可大變形，邊界進行小變形計算，主體網格可大變形，FF邊界邊界上的變形要相對較小上的變形要相對較小存在存在attach的邊界將不能設置的邊界將不能設置FF邊界邊界邊界上的邊界上的Interface將不能連續(xù)將不能連續(xù)動力邊界設置需在動力邊界設置需在FF邊界設置

35、之前邊界設置之前GeoHohai力學阻尼瑞利瑞利(rayleigh)阻尼阻尼 假設阻尼與質量、剛度的線性關系假設阻尼與質量、剛度的線性關系 參數確定簡單參數確定簡單(等價平均應變等價平均應變=60%*e emax) 中心頻率(共振計算，地震平均頻率) 臨界阻尼比 計算速度慢，不推薦計算速度慢，不推薦局部局部(local)阻尼阻尼 FLAC3D的靜力分析阻尼的靜力分析阻尼 參數簡單參數簡單 適合簡單情況適合簡單情況GeoHohai滯回阻尼(Hysteretic Damping)模擬巖土介質的動模量衰減曲線模擬巖土介質的動模量衰減曲線initial damp hysteretic name sig

36、3 (3參數參數) sig4 (4參數參數) Hardin(1參數參數) (哈丁模型) Default（2參數參數)優(yōu)點優(yōu)點 直接采用模量降級曲線直接采用模量降級曲線 阻尼比不會影響時間步阻尼比不會影響時間步缺點缺點 輸出的曲線會不一致輸出的曲線會不一致GeoHohai滯回阻尼(Hysteretic Damping)低循環(huán)應變下得到的阻尼比要小于試驗結果，這會導致低級的噪聲，尤低循環(huán)應變下得到的阻尼比要小于試驗結果，這會導致低級的噪聲，尤其在高頻情況下?？梢栽谥行念l率上增加一個小量的其在高頻情況下?？梢栽谥行念l率上增加一個小量的Rayleigh阻尼阻尼(0.2%剛度比例剛度比例)，這樣也不會降

37、低時步；，這樣也不會降低時步；若初始應力不為若初始應力不為0，剪應力，剪應力-剪應變曲線可能不匹配。因此在生成初始應剪應變曲線可能不匹配。因此在生成初始應力時就要調用力時就要調用Hyst阻尼；阻尼；Hyst阻尼不僅會增加能量損失，還會導致在大循環(huán)應變下的平均剪切模阻尼不僅會增加能量損失，還會導致在大循環(huán)應變下的平均剪切模量的降低，在輸入波的基頻接近共振頻率的時候，由于可能會導致動力量的降低，在輸入波的基頻接近共振頻率的時候，由于可能會導致動力反應幅值的增大；反應幅值的增大；Hyst阻尼之前要做一次彈性無阻尼求解，以獲得發(fā)生循環(huán)應變的最大水阻尼之前要做一次彈性無阻尼求解，以獲得發(fā)生循環(huán)應變的最大

38、水平，若循環(huán)應變過大導致剪切模量過多的降低，那么用平，若循環(huán)應變過大導致剪切模量過多的降低，那么用Hyst阻尼是有問阻尼是有問題的；題的；即使應變較小，使用屈服模型也會增大應變，因此若有廣泛屈服的現象，即使應變較小，使用屈服模型也會增大應變，因此若有廣泛屈服的現象，則使用屈服模型，不用則使用屈服模型，不用Hyst阻尼阻尼參考了參考了Itasca的中國培訓資料的中國培訓資料GeoHohai地震波的調整基線校正基線校正 對于地震分析的加速度時程，其積分得到的速度和位移應歸對于地震分析的加速度時程，其積分得到的速度和位移應歸0 美國地質調查研究所美國地質調查研究所 Basic Strong-Moti

39、on Accelerogram Processing Software (BAP) 對網格施加一個固定速度從而使殘余的位移變?yōu)閷W格施加一個固定速度從而使殘余的位移變?yōu)?動力荷載的頻率與單元尺寸的雙向調整動力荷載的頻率與單元尺寸的雙向調整 高頻的輸入要求單元尺寸很小高頻的輸入要求單元尺寸很小 一定的單元尺寸對應輸入的最大頻率一定的單元尺寸對應輸入的最大頻率 一般進行濾波處理一般進行濾波處理 濾掉低能量的高頻 FFT.FIS Origin SeismoSignalGeoHohai地震波的調整051015202530-300-200-1000100200300400acc (cm/s2)t (s)

40、 EI centuo051015202530-300-200-1000100200300400acc (cm/s2)t (s) 20 Hz Low Pass Filter on EI_B02468101214161820222426280200040006000800010000120001400016000 EI centuoFrequency (Hz)Amplitude02468101214161820222426280200040006000800010000120001400016000 20Hz Low pass EIFrequency (Hz)AmplitudeEl-Centro波

41、FFT修正后的時程修正后FFT5HzGeoHohai動孔壓的生成液化干沙剪應變循環(huán)加載試驗干沙剪應變循環(huán)加載試驗 初始加載階段，沙土通常先壓實再膨脹。卸載時，沙土初始加載階段，沙土通常先壓實再膨脹。卸載時，沙土遵循與加載相似的路徑，但在零應變時，有些殘余體積遵循與加載相似的路徑，但在零應變時，有些殘余體積應變存在。取決于初始孔隙率，這可能代表純粹的壓實應變存在。取決于初始孔隙率，這可能代表純粹的壓實假定孔隙中充滿水假定孔隙中充滿水 對于常體積測試，有效應力降低，孔隙水壓保持不變對于常體積測試，有效應力降低，孔隙水壓保持不變 對于常荷載測試，對于常荷載測試，(例如，盒子上法向荷載固定例如，盒子上

42、法向荷載固定)，孔隙水，孔隙水壓增加，有效應力減小壓增加，有效應力減小有效應力為零時發(fā)生液化有效應力為零時發(fā)生液化GeoHohai動孔壓的生成液化因此孔隙水壓增加不是液化的基本原因因此孔隙水壓增加不是液化的基本原因由于顆粒間由于顆粒間(重組以后重組以后)的低接觸力導致有效應力的減小的低接觸力導致有效應力的減小描述液化的模型描述液化的模型 高級模型：高級模型：BSHP (邊界面低塑性本構模型邊界面低塑性本構模型, Wang et al. 1990) 簡單模型：簡單模型：MC + 體積應變增量模型體積應變增量模型 Finn模型： Byrne模型：GeoHohai主要內容軟件簡介軟件簡介基本原理基本

43、原理前后處理前后處理FISH語言簡介語言簡介流流-固耦合分析固耦合分析初始應力的生成初始應力的生成接觸單元與應用接觸單元與應用完全非線性的動力分析完全非線性的動力分析自定義本構模型的基本方法自定義本構模型的基本方法結構單元及應用結構單元及應用GeoHohai自定義本構模型的基本方法必要性必要性 試驗總結的本構模型試驗總結的本構模型 特定條件下的本構模型特定條件下的本構模型 交叉學科的本構模型交叉學科的本構模型二次開發(fā)環(huán)境二次開發(fā)環(huán)境自定義本構模型的功能自定義本構模型的功能自定義本構模型的基本方法自定義本構模型的基本方法GeoHohai二次開發(fā)環(huán)境FLAC3D采用面向對象的語言標準采用面向對象的

44、語言標準C+編寫編寫本構模型都是以動態(tài)連接庫文件本構模型都是以動態(tài)連接庫文件(.DLL文件文件)的形式提供的形式提供VC+6.0(SP4)或更高版本的開發(fā)環(huán)境或更高版本的開發(fā)環(huán)境優(yōu)點優(yōu)點 自定義的本構模型和軟件自帶的本構模型的執(zhí)行效率處自定義的本構模型和軟件自帶的本構模型的執(zhí)行效率處在同一個水平在同一個水平 自定義本構模型自定義本構模型(.DLL文件文件)適用于高版本的適用于高版本的FLAC(2D)、3DEC、UDEC等其他等其他Itasca軟件中軟件中GeoHohai自定義本構模型的功能主要功能：對給出的應變增量得到新的應力主要功能：對給出的應變增量得到新的應力輔助功能：輔助功能： 模型名稱

45、、版本模型名稱、版本 讀寫操作讀寫操作模型文件的編寫模型文件的編寫 基類基類(class Constitutive Model)的描述的描述 成員函數的描述成員函數的描述 模型的注冊模型的注冊 模型與模型與FLAC3D之間的信息交換之間的信息交換 模型狀態(tài)指示器的描述模型狀態(tài)指示器的描述 GeoHohai自定義本構模型的基本方法頭文件頭文件(usermodel.h)中進行新的本構模型派生類的聲中進行新的本構模型派生類的聲明明 修改模型的修改模型的ID(100)、名稱和版本、名稱和版本 修改派生類的私有成員修改派生類的私有成員C+文件文件(usermodel.cpp)中修改模型結構中修改模型結構

46、 (UserModel:UserModel(bool bRegister): ConstitutiveModel)const char *UserModel:Properties()函數函數 模型的參數名稱字符串模型的參數名稱字符串const char *UserModel:States()函數函數 計算過程中的狀態(tài)指示器計算過程中的狀態(tài)指示器GeoHohai自定義本構模型的基本方法double UserModel:GetProperty()和和void UserModel: SetProperty()函數函數const char * UserModel:Initialize()函數函數參數和

47、狀態(tài)指示器的初始化，并對派生類聲明中定義的私有變參數和狀態(tài)指示器的初始化，并對派生類聲明中定義的私有變量進行賦值量進行賦值const char * UserModel:Run() 函數函數由應變增量計算得到應力增量，從而獲得新的應力由應變增量計算得到應力增量，從而獲得新的應力const char * UserModel:SaveRestore()函數函數對計算結果進行保存。對計算結果進行保存。程序的調試程序的調試在在VC+的工程設置中將的工程設置中將FLAC3D軟件中的軟件中的EXE文件路徑加入到文件路徑加入到程序的調試范圍中，并將程序的調試范圍中，并將FLAC3D自帶的自帶的DLL文件加入到

48、附加動文件加入到附加動態(tài)鏈接庫態(tài)鏈接庫(Additional DLLs)中，然后在中，然后在Initialize()或或Run()函數中函數中設置斷點，進行調試；設置斷點，進行調試；在程序文件中加入在程序文件中加入return()語句，這樣可以將希望得到的變量值語句，這樣可以將希望得到的變量值以錯誤提示的形式在以錯誤提示的形式在FLAC3D窗口中得到。窗口中得到。GeoHohai例1:非線性彈性(Duncan-Chang)模型GeoHohai例2: FLAC液化模型的修正Yu-min CHEN, Han-long LIU. Coupled hydraulic-mechanical analys

49、is of large deformation induced by post-liquefied sand. GeoProc2006, Nanjing, China: 700-705BeginInitial liquefaction?Liquefied calculationYESPost-liquefied calculationLiquefaction?NONormal Finn ModelYESNODynamic time finished?EndNOYESGeoHohai主要內容軟件簡介軟件簡介基本原理基本原理前后處理前后處理FISH語言簡介語言簡介流流-固耦合分析固耦合分析接觸單元

50、與應用接觸單元與應用完全非線性的動力分析完全非線性的動力分析自定義本構模型的基本方法自定義本構模型的基本方法結構單元及應用結構單元及應用GeoHohaiFLAC3D中的結構單元有限單元有限單元梁梁(beam)單元單元錨索錨索(cable)單元單元樁樁(pile)單元單元 錨桿錨桿: rockbolt on殼殼(shell)單元單元格柵格柵(geogrid)單元單元 土工織物；土工格柵土工織物；土工格柵初襯初襯(liner)單元單元beamcablepileshellgeogridlinerGeoHohaiCase-5結構的動力響應config dynsel pile id=1 beg 0 0

51、0 end 0 0 1sel pile prop dens 2400 & Emod 1.0e10 Nu 0.3 XCArea 0.3 & XCJ 0.16375 XCIy 0.00625 XCIz 0.01575 & Per 2.8 CS_sK 1.3e11 CS_nK 1.3e11& CS_nGap off sel node fix x y z xr yr zr ran id=1sel set damp combined def f1 whilestepping f0=10000*sin(10*dytime) np = nd_head loop while np # null if nd_p

52、os(np,1,3)=1 nd_apply(np,1)=f0 endif np = nd_next(np) endloopendsolve age 1 pile10000*sin(10*t)GeoHohaiCase-4結構的動力響應GeoHohai結構單元的應用土與結構的相互作用土與結構的相互作用 樁基；基坑；邊坡錨固樁基；基坑；邊坡錨固 地下硐室的支撐結構；采礦；盾構地下硐室的支撐結構；采礦；盾構 土工織物；土工合成材料土工織物；土工合成材料結構不宜復雜結構不宜復雜 巖土工程軟件，不宜單純的結構分析巖土工程軟件，不宜單純的結構分析 復雜結構的模擬很困難復雜結構的模擬很困難 結構單元仍不完善結構單元仍不完善 plot顯示 雙向接觸結構(擋土墻) 結構單元的厚度GeoHohaiFLACGIIC基本操作基本操作Interface的建模的建模流體計算流體計算GeoHohaiGIIC基本操作差分網格的建模思路