Flac3D中文流體計算

1、WORD格式Flac3D中文手冊FLAC3D 的計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。如果采用塑性本構模型的話，材料的破壞將由有效應力狀態(tài)來控制。節(jié)點上的孔壓分布可由initial pp 命令或 water table 命令來設定。如果采用 water table 命令，由程序自動計算水位線以下的靜水孔壓分布。此時，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)點孔壓值平均求出，并在本構模型計算中用作有效應力。這種計算模式下，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)點或單元孔壓。 plotcontour pp 命令可繪出節(jié)點孔壓云圖。2 滲流模式使用config fluid 如果使用命令 config fluid，那么可進展瞬時滲流分析，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，有效應力計算靜態(tài)孔壓分布和非排水計算均被執(zhí)行 。除此之外，還可進展全耦合分析，專業(yè)資料整理WORD格式這種情況下，孔壓改變將使固體產生變形，同時體積應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，因為FLAC3D將流體的影響考慮到了體積力的計算中。采用滲流模式時，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。注意，力學模型為空的單元并不代表

4、滲流模型為空。流體性質參數(shù)可施加到單元或節(jié)點上 。各向同性滲透率 、孔隙率、比奧系數(shù)和非排水熱系數(shù)等單元流體性質由命令property 施加。對于各向同性滲流 ，滲透率通過 perm 關鍵字賦予。對各向異性滲流，滲透率的 3 個主值采用關鍵字k1,k2,k3 賦予，主方向由關鍵字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角。如果不特別指定，比奧系數(shù)默認為 1，孔隙率默認為 0.5 。節(jié)點的滲流性質由命令initial 指定。這些性質包括流體重度、流體體積模量、比奧

5、模量、流體抗拉強度和飽和度。每種性質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)設為1。對第二種參數(shù)，固體顆粒被認為是不可壓縮的。單元屬性可由命令print zone property顯示，節(jié)點屬性由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格式滲流計算由命令 set fluid 開啟或關閉滲流計算模式的耦合程度。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)點和單元孔壓。節(jié)點和單元孔壓歷史可由命令histroy gppp 和命令 history zone pp 進展監(jiān)測。對于瞬時計算，孔壓與時間的關系可由命令 history fltime 監(jiān)測。命令 plot contour pp 繪出節(jié)點孔壓云圖。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)點有關的變量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)點的凈流入或流出量。因為可以提供一個系統(tǒng)總的流入或流出量，這些流量的統(tǒng)計在孔壓固定的邊界是很有用的。滲流邊界條件，初始條件FLAC3D 默認為不透水邊界 ，即認為所有節(jié)點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?？梢允褂妹?fix pp 將節(jié)點上的孔壓設為“自由，也可使用 free pp 使節(jié)點上的孔壓“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。下面總結這兩種邊界條件的影響：1，孔壓自由這是默認的不透水邊界條件。節(jié)點與外界之間不發(fā)生流量交換。系統(tǒng)根據(jù)當前飽和度值和流體是否形成渦凹現(xiàn)象來計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。如果設定孔壓為 0 ，飽和度才可能變化。否那么，飽和度被設為 1FLAC3D 假設孔壓只在完全飽和材料中存在 。孔壓不能被固定在低于拉力極限的值，如果出現(xiàn)這種情況， FLAC3D 會將其設定到拉力極限值。如前所述，邊界條件不是任意的。FLAC3D 在進展計算前會“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，那么必須加關鍵字 interior 。apply 命令具有可以用“歷史 命令進行監(jiān)測的優(yōu)點。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、 單元面或單元上。命令 apply pwell 為邊界節(jié)點指定了一個流入或流出井。如果加上 interior 關鍵字，那么該條件用于內部節(jié)點。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?？讐旱某跏挤植迹紫堵?，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與重力梯度，水專業(yè)資料整理WORD格式的重度和節(jié)點飽和度和孔隙率相容。如果這些初始分布不相容，那么計算開場時所有單元中將出現(xiàn)流體流動。因此，應在模擬開場時設一定的計算步來檢驗初始條件是否相容。如果模型中含有接觸面，有效應力將沿著這些接觸面進展初始化即：在節(jié)點應力初始化時 ，認為接觸面應力包含孔壓。water lable 命令將包含沿著接觸面的孔壓 ，這是因為定義在單元節(jié)點上的孔壓也在接觸面節(jié)點上。如果接觸面的上下兩面連在一起，在沒有阻力時，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、隙流進展計算。單滲流與滲流耦合問題FLAC3D 既能進展單滲流分析，也能進展固流耦合分析。耦合分析可由 FLAC3D 內置力學模型完成。但要注意，滲流模型中的空單元并不是力學空單元。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 提供了幾種計算模式。其中之一是假設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算過程。除此之外涉及到滲流的計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，應使用盡可能簡單的模式。計算模式的選擇根據(jù)以下幾個方面確定。時間比例對所需模擬的滲流或耦合問題用FLAC3D 估計與涉及的不同進程相關的時間比例是非常有用的。對有關研究問題的時間度量和擴散性的認識有助于估計最大網格寬度、最小區(qū)域尺寸、時步大小和計算可行性。如果不同進程的時間比例相差太大，那么很可能采用一種簡單的 非耦合方法。時間比例可用特征時間給出。以下這些由量綱分析得出的定義，都是基于解析的連續(xù)源理論表達式。它們可用于得出 FLAC3D 分析的大致時間比例。力學過程特征時間、流體擴散過程特征時間流體擴散率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，有幾點特性值得注意：（ 1因為 FLAC3D 中顯式的時步對應于最小區(qū)域*息從一個節(jié)點傳到下一節(jié)點所需要的時間 ，時步的大小可用計算特征時間公式中特征長度的最小區(qū)域來估計。重要的是注意 FLAC3D 中在用流體擴散率即使是在耦合模擬中計算顯式流體時步。因此，時步的大小可用特征長度的最小區(qū)域尺寸來估計。（ 2 在飽和流體問題中，簡化的體積模量不但導致時步的增加，同樣導致到達穩(wěn)定狀態(tài)時間的增加，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。（ 3 在局部飽和流體流動問題中，可通過調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而出。（ 4 為防止擴散問題中的邊界效應，模型的特征長度必須大于某個尺度。同樣，最小模擬時間由某個關系式控制。（ 5 在耦合流體問題中，實際擴散率由流體剛度與巖土介質的剛度比來控制。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 進展完全耦合的準靜態(tài)固流耦合分析通常要消耗大量時間，且有時候并不必要。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算速度 。下面的例子給出了對應于流固耦合的不同水平的

16、FLAC3D 模擬方法。選擇計算方法時有 3 個主要的因素需要考慮：（ 1模擬時間比例和擴散過程的特征時間；（ 2耦合過程中強制擾動特性；（ 3流固剛度比。時間比例首先通過從擾動的開場階段計算時間來考慮時間比例因素。定義分析所需要的時間模擬時間，對應于耦合擴散過程的特征時間。短期行為不排水如果對應于耦合擴散特征時間，分析所需時間非常短，在模擬結果中流體流動的影響幾乎可以忽略不計，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的時間，但如果給流體體積模量一個實際值，那么體積應變將導致孔壓的變化。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 進展完全耦合的準靜態(tài)固流耦合分析通常要消耗大量時間，且有時候并不必要。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算速度 。下面的例子給出了對應于流固耦合的不同水平的 FLAC3D 模擬方法。選擇計算方法時有 3 個主要的因素需要考慮：（ 1模擬時間比例和擴散過程的特征時間；（ 2耦合過程中強制擾動特性；（ 3流固剛度比。時間比例首先通過從擾動的開場階段計算時間來考慮時間比例因素。定義分析所需要的時間模擬時間，對應于耦合擴散過程的特征時間。短期行為不排水如果對應于耦合擴散特征時間，分析所需時間非常短，在模擬結果中流體流動的影響幾乎可以忽略不計，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的時間，但如果給流體體積模量一個實際值，那么體積應變將導致孔壓的變化。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 進展完全耦合的準靜態(tài)固流耦合分析通常要消耗大量時間，且有時候并不必要。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算速度 。下面的例子給出了對應于流固耦合的不同水平的 FLAC3D 模擬方法。選擇計算方法時有 3 個主要的因素需要考慮：（ 1模擬時間比例和擴散過程的特征時間；（ 2耦合過程中強制擾動特性；（ 3流固剛度比。時間比例首先通過從擾動的開場

19、階段計算時間來考慮時間比例因素。定義分析所需要的時間模擬時間，對應于耦合擴散過程的特征時間。短期行為不排水如果對應于耦合擴散特征時間，分析所需時間非常短，在模擬結果中流體流動的影響幾乎可以忽略不計，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的時間，但如果給流體體積模量一個實際值，那么體積應變將導致孔壓的變化。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 進展完全耦合的準靜態(tài)固流耦合分析通常要消耗大量時間，且有時候并不必要。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算速度 。下面的例子給出了對應

20、于流固耦合的不同水平的 FLAC3D 模擬方法。選擇計算方法時有 3 個主要的因素需要考慮：（ 1模擬時間比例和擴散過程的特征時間；（ 2耦合過程中強制擾動特性；（ 3流固剛度比。時間比例首先通過從擾動的開場階段計算時間來考慮時間比例因素。定義分析所需要的時間模擬時間，對應于耦合擴散過程的特征時間。短期行為不排水如果對應于耦合擴散特征時間，分析所需時間非常短，在模擬結果中流體流動的影響幾乎可以忽略不計，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的時間，但如果給流體體積模量一個實際值，那么體積應變將導致孔壓的變化。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 進展完全耦合的準靜態(tài)固流耦合分析通常要消耗大量時間，且有時候并不必要。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算速度 。下面的例子給出了對應于流固耦合的不同水平的 FLAC3D 模擬方法。選擇計算方法時有 3