Flac3D中文流體計(jì)算

1、WORD格式Flac3D中文手冊FLAC3D 的計(jì)算模式中是否需要做孔壓分析取決于是否采用configfluid 命令。1 無滲流模式不使用config fluid 即使不使用命令 config fluid ，仍然可以在節(jié)點(diǎn)上施加孔壓。這種模式下，孔壓將保持為常量。如果采用塑性本構(gòu)模型的話，材料的破壞將由有效應(yīng)力狀態(tài)來控制。節(jié)點(diǎn)上的孔壓分布可由initial pp 命令或 water table 命令來設(shè)定。如果采用 water table 命令，由程序自動計(jì)算水位線以下的靜水孔壓分布。此時(shí)，必須施加流體密度water density 和重力set gravity 。流體密度值和水位位置可以用

2、命令 print water 顯示。如果水位線是由 face 關(guān)鍵字來定義的，那么可用命令 plot water 命令顯示水位。這兩種情況，單元的孔壓都由節(jié)點(diǎn)孔壓值平均求出，并在本構(gòu)模型計(jì)算中用作有效應(yīng)力。這種計(jì)算模式下，體積力中不反映流體的出現(xiàn)：用戶必須根據(jù)水位線以上或以下相應(yīng)地指定干密度和濕密度 。使用命令 print gp pp 和 priint zone pp 可分別得到節(jié)點(diǎn)或單元孔壓。 plotcontour pp 命令可繪出節(jié)點(diǎn)孔壓云圖。2 滲流模式使用config fluid 如果使用命令 config fluid，那么可進(jìn)展瞬時(shí)滲流分析，孔壓改變和潛水面的改變都可能出現(xiàn)。在co

3、nfig fluid 模式下，有效應(yīng)力計(jì)算靜態(tài)孔壓分布和非排水計(jì)算均被執(zhí)行 。除此之外，還可進(jìn)展全耦合分析，專業(yè)資料整理WORD格式這種情況下，孔壓改變將使固體產(chǎn)生變形，同時(shí)體積應(yīng)變反過來影響孔壓的變化。如果采用滲流模式，單元孔壓仍由節(jié)點(diǎn)孔壓平均求出。但這種模式，用戶只能指定干密度不管是水位以上還是以下，因?yàn)镕LAC3D將流體的影響考慮到了體積力的計(jì)算中。采用滲流模式時(shí)，滲流模型必須施加到單元上，使用命令modelfl_isotropic 模擬各向同性滲流， model fl_anisotropic模擬各向異性滲流， model fl_null 模擬非滲透物質(zhì)。注意，力學(xué)模型為空的單元并不代表

4、滲流模型為空。流體性質(zhì)參數(shù)可施加到單元或節(jié)點(diǎn)上 。各向同性滲透率 、孔隙率、比奧系數(shù)和非排水熱系數(shù)等單元流體性質(zhì)由命令property 施加。對于各向同性滲流 ，滲透率通過 perm 關(guān)鍵字賦予。對各向異性滲流，滲透率的 3 個主值采用關(guān)鍵字k1,k2,k3 賦予，主方向由關(guān)鍵字fdip,fdd,frot 確定。滲透率的主方向服從右手系統(tǒng)。 fdip 和 fdd 分別為 k1 和 k2 確定的平面的傾向和傾角。 frot 為 k1 軸和傾角矢量的旋轉(zhuǎn)角。如果不特別指定，比奧系數(shù)默認(rèn)為 1，孔隙率默認(rèn)為 0.5 。節(jié)點(diǎn)的滲流性質(zhì)由命令initial 指定。這些性質(zhì)包括流體重度、流體體積模量、比奧

5、模量、流體抗拉強(qiáng)度和飽和度。每種性質(zhì)在空間上都可以變化。流體重度也可以用water 命令給出。在滲流模式里，有必要知道可壓縮性被定義在以下兩種參數(shù)中：1比奧系數(shù)和比奧模量；2流體體積模量和孔隙率。第一種參數(shù)表專業(yè)資料整理WORD格式征的是固體顆粒的可壓縮性對不可壓縮顆粒，比奧系數(shù)設(shè)為1。對第二種參數(shù)，固體顆粒被認(rèn)為是不可壓縮的。單元屬性可由命令print zone property顯示，節(jié)點(diǎn)屬性由print gp 命令顯示。流體重度，如果隨著水位位置被確定，那么可由print water命令顯示。滲流性質(zhì)可由命令plot bcontour property顯示。對于各向異性滲流，滲透率的各球形

6、分量可通過使用單元的屬性關(guān)鍵字k*,kyy,kzz,kxy,kxz,kyz來顯示注意，這些球形分量不可被直接初始化。初始節(jié)點(diǎn)孔壓分布的施加對于滲流模式和非滲流模式都是一樣的如，要么用 initial pp 命令或用 water table 命令。在指定節(jié)點(diǎn)可用命令 fix pp 或 free pp 對孔壓固定或釋放。流體涌入或滲漏或可由命令 apply 施加。專業(yè)資料整理WORD格式滲流計(jì)算由命令 set fluid 開啟或關(guān)閉滲流計(jì)算模式的耦合程度。和 solve 控制。如， set fluid on 或 off 命令。具體使用開啟或關(guān)閉模式取決于滲流分析專業(yè)資料整理WORD格式滲流分析結(jié)果

7、以下面這些命令給出。命令 print gp pp 和 print zone pp分別給出節(jié)點(diǎn)和單元孔壓。節(jié)點(diǎn)和單元孔壓歷史可由命令histroy gppp 和命令 history zone pp 進(jìn)展監(jiān)測。對于瞬時(shí)計(jì)算，孔壓與時(shí)間的關(guān)系可由命令 history fltime 監(jiān)測。命令 plot contour pp 繪出節(jié)點(diǎn)孔壓云圖。命令 plot contour saturation繪出飽和度云圖 。命令 plot fluid繪出流量矢量圖。滲流模式的所有信息由命令print fluid 命令給出。FISH 還提供了一些滲流變量。其中一個與節(jié)點(diǎn)有關(guān)的變量gp_flow ，專業(yè)資料整理WOR

8、D格式只能通過 FISH 函數(shù)使用。該變量描述了通過節(jié)點(diǎn)的凈流入或流出量。因?yàn)榭梢蕴峁┮粋€系統(tǒng)總的流入或流出量，這些流量的統(tǒng)計(jì)在孔壓固定的邊界是很有用的。滲流邊界條件，初始條件FLAC3D 默認(rèn)為不透水邊界 ，即認(rèn)為所有節(jié)點(diǎn)上的孔壓隨著從鄰近單元流入或流出的量發(fā)生自由變化。可以使用命令 fix pp 將節(jié)點(diǎn)上的孔壓設(shè)為“自由，也可使用 free pp 使節(jié)點(diǎn)上的孔壓“固定 。如果孔壓固定，流體可以在外邊界上流入或流出節(jié)點(diǎn)。下面總結(jié)這兩種邊界條件的影響：1，孔壓自由這是默認(rèn)的不透水邊界條件。節(jié)點(diǎn)與外界之間不發(fā)生流量交換。系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前飽和度值和流體是否形成渦凹現(xiàn)象來計(jì)算壓力和飽和度變化。2，孔壓固

9、定專業(yè)資料整理WORD格式這是一種流體通過外界流入或流出的邊界條件。如果設(shè)定孔壓為 0 ，飽和度才可能變化。否那么，飽和度被設(shè)為 1FLAC3D 假設(shè)孔壓只在完全飽和材料中存在 ?？讐翰荒鼙还潭ㄔ诘陀诶O限的值，如果出現(xiàn)這種情況， FLAC3D 會將其設(shè)定到拉力極限值。如前所述，邊界條件不是任意的。FLAC3D 在進(jìn)展計(jì)算前會“檢查 并“修正這些條件?？墒褂?fix pp 命令將孔壓固定在某個值，也可在外邊界或內(nèi)邊界上使用命令 apply pp。如果邊界條件被用于一個非外表節(jié)點(diǎn)，那么必須加關(guān)鍵字 interior 。apply 命令具有可以用“歷史 命令進(jìn)行監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)。滲流邊界條件可以通過a

10、pply 命令用在單個或局部節(jié)點(diǎn)、 單元面或單元上。命令 apply pwell 為邊界節(jié)點(diǎn)指定了一個流入或流出井。如果加上 interior 關(guān)鍵字，那么該條件用于內(nèi)部節(jié)點(diǎn)。命令 apply discharge和 apply leakage 為邊界單元的外表分別指定了涌出和滲漏邊界條件。命令 apply vwell 為指定區(qū)域內(nèi)的單元提供一個流速。這些邊界條件除了 apply leakage 外，均可使用 history 監(jiān)測命令。具有固定孔壓節(jié)點(diǎn)就好似是流入源或流出源。沒有直接的命令顯示這些節(jié)點(diǎn)的流入或流出量。但可通過 FISH 變量 gp_flow 來記錄?？讐旱某跏挤植?，孔隙率，飽和度

11、和流體屬性可通過命令initial 或property 施加。如果還加了重力，那么孔壓初始分布應(yīng)與重力梯度，水專業(yè)資料整理WORD格式的重度和節(jié)點(diǎn)飽和度和孔隙率相容。如果這些初始分布不相容，那么計(jì)算開場時(shí)所有單元中將出現(xiàn)流體流動。因此，應(yīng)在模擬開場時(shí)設(shè)一定的計(jì)算步來檢驗(yàn)初始條件是否相容。如果模型中含有接觸面，有效應(yīng)力將沿著這些接觸面進(jìn)展初始化即：在節(jié)點(diǎn)應(yīng)力初始化時(shí) ，認(rèn)為接觸面應(yīng)力包含孔壓。water lable 命令將包含沿著接觸面的孔壓 ，這是因?yàn)槎x在單元節(jié)點(diǎn)上的孔壓也在接觸面節(jié)點(diǎn)上。如果接觸面的上下兩面連在一起，在沒有阻力時(shí)，將發(fā)生穿越接觸面的流體流動。但程序不對沿著接觸面的流體流動裂

12、隙流進(jìn)展計(jì)算。單滲流與滲流耦合問題FLAC3D 既能進(jìn)展單滲流分析，也能進(jìn)展固流耦合分析。耦合分析可由 FLAC3D 內(nèi)置力學(xué)模型完成。但要注意，滲流模型中的空單元并不是力學(xué)空單元。必須用命令 model fl_null 給單元賦予流體空屬性。對于耦合過程， FLAC3D 提供了幾種計(jì)算模式。其中之一是假設(shè)孔壓一旦被賦予便不再改變。該方法并不要求任何額外空間存儲計(jì)算過程。除此之外涉及到滲流的計(jì)算模式都要求使用命令config fluid 。命專業(yè)資料整理WORD格式令 model fl_iso 使所有單元中都能發(fā)生滲流。不同的耦合計(jì)算模式在下面討論。一般情況下，在能跟所模擬問題的物理過程相似的

13、情況下，應(yīng)使用盡可能簡單的模式。計(jì)算模式的選擇根據(jù)以下幾個方面確定。時(shí)間比例對所需模擬的滲流或耦合問題用FLAC3D 估計(jì)與涉及的不同進(jìn)程相關(guān)的時(shí)間比例是非常有用的。對有關(guān)研究問題的時(shí)間度量和擴(kuò)散性的認(rèn)識有助于估計(jì)最大網(wǎng)格寬度、最小區(qū)域尺寸、時(shí)步大小和計(jì)算可行性。如果不同進(jìn)程的時(shí)間比例相差太大，那么很可能采用一種簡單的 非耦合方法。時(shí)間比例可用特征時(shí)間給出。以下這些由量綱分析得出的定義，都是基于解析的連續(xù)源理論表達(dá)式。它們可用于得出 FLAC3D 分析的大致時(shí)間比例。力學(xué)過程特征時(shí)間、流體擴(kuò)散過程特征時(shí)間流體擴(kuò)散率FLAC3D 中使用了取決于控制過程的儲水系數(shù)的幾種形式：專業(yè)資料整理WORD格

14、式流體存儲系數(shù)、地下潛水相存儲系數(shù)、彈性存儲系數(shù)專業(yè)資料整理WORD格式以上定義，有幾點(diǎn)特性值得注意：（ 1因?yàn)?FLAC3D 中顯式的時(shí)步對應(yīng)于最小區(qū)域*息從一個節(jié)點(diǎn)傳到下一節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間 ，時(shí)步的大小可用計(jì)算特征時(shí)間公式中特征長度的最小區(qū)域來估計(jì)。重要的是注意 FLAC3D 中在用流體擴(kuò)散率即使是在耦合模擬中計(jì)算顯式流體時(shí)步。因此，時(shí)步的大小可用特征長度的最小區(qū)域尺寸來估計(jì)。（ 2 在飽和流體問題中，簡化的體積模量不但導(dǎo)致時(shí)步的增加，同樣導(dǎo)致到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間的增加，所以總步數(shù)增加，該總步數(shù)可用模型和最小區(qū)域的特征長度來估計(jì)。（ 3 在局部飽和流體流動問題中，可通過調(diào)整流體體積模量加速收斂

15、以趨于穩(wěn)定狀態(tài) ，但要注意不可將體積模量減小太多以至產(chǎn)生數(shù)值不穩(wěn)定。數(shù)值穩(wěn)定條件能由流體儲量在一個特征長度區(qū)域的高度上必須保持低于地下潛水儲量的要求推導(dǎo)而出。（ 4 為防止擴(kuò)散問題中的邊界效應(yīng)，模型的特征長度必須大于某個尺度。同樣，最小模擬時(shí)間由某個關(guān)系式控制。（ 5 在耦合流體問題中，實(shí)際擴(kuò)散率由流體剛度與巖土介質(zhì)的剛度比來控制。專業(yè)資料整理WORD格式完全耦合模擬方法的選擇專業(yè)資料整理WORD格式用 FLAC3D 進(jìn)展完全耦合的準(zhǔn)靜態(tài)固流耦合分析通常要消耗大量時(shí)間，且有時(shí)候并不必要。很多情況下，可使用不同程度的非耦合方法簡化分析并加快計(jì)算速度 。下面的例子給出了對應(yīng)于流固耦合的不同水平的

16、FLAC3D 模擬方法。選擇計(jì)算方法時(shí)有 3 個主要的因素需要考慮：（ 1模擬時(shí)間比例和擴(kuò)散過程的特征時(shí)間；（ 2耦合過程中強(qiáng)制擾動特性；（ 3流固剛度比。時(shí)間比例首先通過從擾動的開場階段計(jì)算時(shí)間來考慮時(shí)間比例因素。定義分析所需要的時(shí)間模擬時(shí)間，對應(yīng)于耦合擴(kuò)散過程的特征時(shí)間。短期行為不排水如果對應(yīng)于耦合擴(kuò)散特征時(shí)間，分析所需時(shí)間非常短，在模擬結(jié)果中流體流動的影響幾乎可以忽略不計(jì)，那么可采用不排水模擬 config fluied,set fluid off 。數(shù)值模擬中不涉及真實(shí)的時(shí)間，但如果給流體體積模量一個實(shí)際值，那么體積應(yīng)變將導(dǎo)致孔壓的變化。專業(yè)資料整理WORD格式長期行為排水專業(yè)資料整理

17、WORD格式用 FLAC3D 進(jìn)展完全耦合的準(zhǔn)靜態(tài)固流耦合分析通常要消耗大量時(shí)間，且有時(shí)候并不必要。很多情況下，可使用不同程度的非耦合方法簡化分析并加快計(jì)算速度 。下面的例子給出了對應(yīng)于流固耦合的不同水平的 FLAC3D 模擬方法。選擇計(jì)算方法時(shí)有 3 個主要的因素需要考慮：（ 1模擬時(shí)間比例和擴(kuò)散過程的特征時(shí)間；（ 2耦合過程中強(qiáng)制擾動特性；（ 3流固剛度比。時(shí)間比例首先通過從擾動的開場階段計(jì)算時(shí)間來考慮時(shí)間比例因素。定義分析所需要的時(shí)間模擬時(shí)間，對應(yīng)于耦合擴(kuò)散過程的特征時(shí)間。短期行為不排水如果對應(yīng)于耦合擴(kuò)散特征時(shí)間，分析所需時(shí)間非常短，在模擬結(jié)果中流體流動的影響幾乎可以忽略不計(jì)，那么可采用

18、不排水模擬 config fluied,set fluid off 。數(shù)值模擬中不涉及真實(shí)的時(shí)間，但如果給流體體積模量一個實(shí)際值，那么體積應(yīng)變將導(dǎo)致孔壓的變化。專業(yè)資料整理WORD格式長期行為排水專業(yè)資料整理WORD格式用 FLAC3D 進(jìn)展完全耦合的準(zhǔn)靜態(tài)固流耦合分析通常要消耗大量時(shí)間，且有時(shí)候并不必要。很多情況下，可使用不同程度的非耦合方法簡化分析并加快計(jì)算速度 。下面的例子給出了對應(yīng)于流固耦合的不同水平的 FLAC3D 模擬方法。選擇計(jì)算方法時(shí)有 3 個主要的因素需要考慮：（ 1模擬時(shí)間比例和擴(kuò)散過程的特征時(shí)間；（ 2耦合過程中強(qiáng)制擾動特性；（ 3流固剛度比。時(shí)間比例首先通過從擾動的開場

19、階段計(jì)算時(shí)間來考慮時(shí)間比例因素。定義分析所需要的時(shí)間模擬時(shí)間，對應(yīng)于耦合擴(kuò)散過程的特征時(shí)間。短期行為不排水如果對應(yīng)于耦合擴(kuò)散特征時(shí)間，分析所需時(shí)間非常短，在模擬結(jié)果中流體流動的影響幾乎可以忽略不計(jì)，那么可采用不排水模擬 config fluied,set fluid off 。數(shù)值模擬中不涉及真實(shí)的時(shí)間，但如果給流體體積模量一個實(shí)際值，那么體積應(yīng)變將導(dǎo)致孔壓的變化。專業(yè)資料整理WORD格式長期行為排水專業(yè)資料整理WORD格式用 FLAC3D 進(jìn)展完全耦合的準(zhǔn)靜態(tài)固流耦合分析通常要消耗大量時(shí)間，且有時(shí)候并不必要。很多情況下，可使用不同程度的非耦合方法簡化分析并加快計(jì)算速度 。下面的例子給出了對應(yīng)

20、于流固耦合的不同水平的 FLAC3D 模擬方法。選擇計(jì)算方法時(shí)有 3 個主要的因素需要考慮：（ 1模擬時(shí)間比例和擴(kuò)散過程的特征時(shí)間；（ 2耦合過程中強(qiáng)制擾動特性；（ 3流固剛度比。時(shí)間比例首先通過從擾動的開場階段計(jì)算時(shí)間來考慮時(shí)間比例因素。定義分析所需要的時(shí)間模擬時(shí)間，對應(yīng)于耦合擴(kuò)散過程的特征時(shí)間。短期行為不排水如果對應(yīng)于耦合擴(kuò)散特征時(shí)間，分析所需時(shí)間非常短，在模擬結(jié)果中流體流動的影響幾乎可以忽略不計(jì)，那么可采用不排水模擬 config fluied,set fluid off 。數(shù)值模擬中不涉及真實(shí)的時(shí)間，但如果給流體體積模量一個實(shí)際值，那么體積應(yīng)變將導(dǎo)致孔壓的變化。專業(yè)資料整理WORD格式長期行為排水專業(yè)資料整理WORD格式用 FLAC3D 進(jìn)展完全耦合的準(zhǔn)靜態(tài)固流耦合分析通常要消耗大量時(shí)間，且有時(shí)候并不必要。很多情況下，可使用不同程度的非耦合方法簡化分析并加快計(jì)算速度 。下面的例子給出了對應(yīng)于流固耦合的不同水平的 FLAC3D 模擬方法。選擇計(jì)算方法時(shí)有 3