FLAC 講義(含地下水的邊坡例子)

1、FLAC 講義一、什么是FLAC 1.1 FLAC之字義 F(Fast)L(Lagrangian)A(Analysis of)C(Continua). Lagrangian相對于Eulerian為每一時階(timestep)之位 移在Lagrangian之公式中，需對網(wǎng)格之座標(biāo)予以更新， 而Eulerian之公式則不予更新。1. 2 FLAC之運(yùn)算流程 1.3 FLAC 基本單元1.4 分析模式大小與RAM之關(guān)系1.5 單位1.6 正負(fù)號方向 (1) 應(yīng)力正號代表張力，負(fù)號代表壓力 (2) 剪應(yīng)力詳見下圖，圖中所示剪應(yīng)力為正號(3) 應(yīng)變正的應(yīng)變表示伸長，負(fù)的應(yīng)變代表壓縮(4) 剪應(yīng)變剪應(yīng)變的

2、正負(fù)號與剪應(yīng)力相同(5) 孔隙壓力孔隙壓力永遠(yuǎn)為正(6) 重力正號的重力物質(zhì)往下拉，負(fù)號的重力將物質(zhì) 往上提。二、FLAC內(nèi)建之組合律FLAC內(nèi)建之組合律有：1 空洞模式(null model) 使用于土壤被移除或開挖 2 彈性模式 3 塑性模式，包括a. Drucker Prager modelb. MohrCoulomb model c. ubiquitousjoint modeld. strainhardening/softening model e. bilinear strainhardening/softening modelf. doubleyield modelg modifi

3、ed camclay model此外，另有選購(option)模式，包括：1. 動力模式(Dynamic Option)2. 熱力模式(Thermal Option)3. 潛變模式 (Creep Option) 使用者另可使用FISH語言去建構(gòu)獨(dú)特的組合律以符 合所需。三、FLAC以命令為輸入語法請查閱相關(guān)手冊 四、FLAC程式之使用步驟 4.1 FLAC程式使用前準(zhǔn)備步驟 步驟1：依比例畫出所欲分析之資料于紙上畫出地點(diǎn)之位置、地層資料、并簡標(biāo)示距離及深度資料。 步驟2：換算輸入資料成同一單位將現(xiàn)有地層資料，如 Density,Bulk modulus,Youngs modulus,

4、 tension,cohesion, friction Angle 等資料，換算成同一單位。附注 ：需謹(jǐn)慎檢查輸入資料之單位，如因單位 不同而造成過大或過小的值，將會造成 FLAC無法計算，而產(chǎn)生ERROR訊息。 步驟3：應(yīng)用公式簡略計算應(yīng)用公式或依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，簡略算出FLAC 輸 出資料的范圍，以做為 Debug 及輸出資 料分析時驗(yàn)證。步驟4：建立x,y座標(biāo)與node i,j之關(guān)系 于圖上距離及深度之關(guān)系，建立x,y座標(biāo)系統(tǒng)，再由x,y座標(biāo)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換與網(wǎng)格間系，為了便于以后輸出資料的分析，故應(yīng)確實(shí)掌握網(wǎng)格之位置及其相對應(yīng)的x,y 座標(biāo)。建議在敏感區(qū)域使用較密之網(wǎng)格，其它地 區(qū)則使用較疏之網(wǎng)格，

5、剛開始跑程式時， 不宜使用網(wǎng)格太大的網(wǎng)格數(shù)目，因盡量使 網(wǎng)格總數(shù)少于1000，以節(jié)省時間。4.2 FLAC輸入程式編寫步驟FLAC程式編寫順序需依實(shí)際工程進(jìn)行之邏 輯步驟建立。如欲分析開挖題目，則需先求出未挖前之應(yīng)力分布，再以此應(yīng)力分布求開挖后之土壤變形及是否會崩毀，如因開挖后造成崩毀， 則FLAC程式將無法繼續(xù)，螢?zāi)粚⒊霈F(xiàn)ERROR 訊息，如 Bad Geometry Zone ，-'-FLAC程式前幾行之順序?yàn)閛 Config_ o Grid_ o Model _ 以后各行編寫之順序，則建議以下之步驟：1. 求起始之應(yīng)力平衡 (1)建立x,y座標(biāo)與網(wǎng)格之關(guān)系，建議使用Gen指示：G

6、en x1,y1 x2,y2 ,x3,y3 x4,y4 i=i0,i1 j=j0,j1 詳細(xì)指令參見使用手冊，F(xiàn)LAC程式可自動產(chǎn)生x,y 座標(biāo)與網(wǎng)格之關(guān)系，但由于產(chǎn)生之網(wǎng)格座標(biāo)不易控 制，將對其它之工作產(chǎn)生負(fù)面影響，故依使用前步驟 4所建立之關(guān)系，將網(wǎng)格依其疏密程度需要之不同， 實(shí)際控制網(wǎng)格之座標(biāo)。 (2)設(shè)定材料性質(zhì)：prop (3)設(shè)定外力：Set Grav, Apply Pressure, ini sxx, Syy(4)設(shè)定邊界條件：fix, free(5)求起始之應(yīng)力平衡：solve (6)儲存：Save  求工程之影響 求出區(qū)域內(nèi)之應(yīng)力分布情況后，再依工程之流程及步驟階段

7、執(zhí)行各工程進(jìn)行過程之影響，建議使用以下之步 驟： (1)叫出起初之應(yīng)力平衡：re_ .sav (2)設(shè)定新的材料性質(zhì)：model,prop (3)設(shè)定新的支撐性質(zhì)：struct(4)設(shè)定新的外力 (5)設(shè)定邊界條件 (6)求工程時之應(yīng)力平衡 (7)儲存  五、分析結(jié)果之印出及繪制FLAC V.3.4 在分析成果之繪制上，較先前之各版本 有一明顯及方便的設(shè)計，因?yàn)閂.3.4（CONSOLE）版 本。5.1 分析成果繪圖a.直接繪圖（不存圖檔）flac：set plot windowsflac：plot pen GR YD(欲畫出格網(wǎng)及y向變位)說明:輸入上述兩行指令后，連結(jié)之印表機(jī)會直

8、接印出圖形， 約占半頁A4之紙張，如欲印出全頁，則須設(shè)定印表機(jī)橫向 列印。 b.繪圖(存圖檔)flac：set out YD.EMF(設(shè)以下要畫之內(nèi)容檔名為.emf)flac：set plot emf color(設(shè)彩色印制)flac：plot pen GR YD(畫出之內(nèi)容為格網(wǎng)及Y向變位) 說明：YD.EMF可用Word軟體叫出并繪圖 5.2 印出分析內(nèi)容或成果數(shù)據(jù)flac：set log YD.TXT(YD.TXT為所要列印內(nèi)容之檔名)flac：print yd i=1,10 j=1,5(設(shè)要印出y向位移量)flac：set log off說明：輸入上述三個指令后，可用Word，Node

9、pad等軟體叫出YD.TXT并列印。 六、分析范例邊坡穩(wěn)定分析本范例共分析三種情況即 (1)粒性土壤 C=0 ；s13.sav (2)C土壤C0 0；s14.sav (3)考慮水位線 ；s15.sav 其分析網(wǎng)格之建立如下二圖所示  01 title02 SLOPE UNDER GRAVITATIONAL LOAD03 grid 20,10 04 ;Mohr-Coulomb model 05 m m06 ;soil properties-note large cohesion to force initial elastic 07 ;behavior for determi

10、ning initial stress sate. This will prevent08 ;slope failure when initializing the gravity stresses 09 prop s=.3e8 b=1e8 d=1500 fri=20 coh=1e10 ten=1e1010 ;warp grid to form a slope: 11 gen 0,0 0,3 20,3 20,0 j 1 4 12 gen same 9,10 20,10 same i 6 21 j 4 1113 mark i=1,6 j=4 14 mark i=6, j=4,1115 model

11、 null region 1,1016 ;displacement boundary conditions 17 fix x i=1 18 fix x i=21 19 fix x y j=120 ;apply gravity 21 set grav=9.8122 ;displacement history of slope23 his ydis i=10 j=1024 ;solve for initial gravity stresses 25 slove26 ;save initial stae27 save sll.sav28 ;reset displacement components

12、to zero29 ini xdis=0 ydis=030 ;set cohesion to 0 31 prop coh=0 32 ;use large strain logic33 set large34 step 20035 plot hold bo dis xvel min-2.25e-4 max 0 int 2.5e-5 zero 36 save s12.sav37 step 80038 plot hold bo dis xvel min 1e-3 max 0 int 2e-4 zero39 save s13.sav40 rest sll.sav41 ini xdis=0 ydis=0

13、42 prop coh=le4 tens 0.0 43 set large 44 solve 45 save sl4.sav46 ini xdis=0.0 ydis=0.0 47 ;install phreatic surface in slope 48 water table 1 den 100049 table 1 (0,5) (6.11,5) (20,9) 50 def wet den 51 loop i (1,izones) 52loop j (1,jzones) 53if mode(i,j)>1then54xa=(x(i,j)+x(i+1,j)+(i+1,j+1)+x(i,j+

14、1) 55xc=0.25*xa 56ya=(y(i,j)+y(i+1,j)+y(i+1,j+1)+y(i,j+1) 57 yc=0.25*ya58 if yc<table (1, xc) then59density(i,j)=180060end if61end if62 end loop 63 end loop 64 end 65 wet den 66 apply press 2e4 var 0 2e4 from 1,4 to 6,667 plot den blo water apply68 step 6000 69 sclin 1 19 0 19 10 70 plot hold bou

15、 vel pp 71 save s15.sav72 return 程式說明 Line 1 Line 2 本分析之抬頭Line 3 建立20 10之格網(wǎng) Line 4 以；為開始之指令為說明內(nèi)容，F(xiàn)LAC不讀；以后之指令 Line 5 分析模式為模耳庫倫，即Model MohrLine 6 Line 8 說明：底下之土壤系數(shù)中之C值及張力強(qiáng)度值故意放大， 以免土壤在初始狀況時即產(chǎn)生破壞Line 9 土壤性質(zhì) properties Shear Modulus G=0.3 108 N/m2 Bulk Modulus B=1 108 N/m2 density =1500 kg/m3 fri frict

16、ion angle =20。Coh Cohesion C=1 108 N/m2 Ten Tension Strength T=1 108 N/m2G=E/2(1+v) k=E/(3(1-2v)Line 10 Line 12格網(wǎng)座標(biāo)化 Line 13 Line 14以mark指令將格網(wǎng)區(qū)域化為兩部份Line 15挖除由mark區(qū)分后包含Region(1,10)的那部份將邊坡 制造出來Line 16 Line 19 邊界條件之設(shè)定 i=1 及 21 之邊界只容許上下位移，最 底部之邊界則固定 Line 20 Line 21 加入重力于整個網(wǎng)格系統(tǒng)Line 22 Line 23 選擇格點(diǎn)(10,10

17、)檢核其y向之位移歷線Line 24 Line 25 開始計算求取答案Line 26 Line 27 儲存初始平衡之條件。唯一之力為重力。此時之土體內(nèi) 應(yīng)力為邊坡既有之情況Line 28 Line 29 將x向及y向之位移歸零。因邊坡在未被碰觸之前其位 移應(yīng)為零，但是其應(yīng)力為力入重力后之自然現(xiàn)象，不應(yīng) 歸零 Line 30 Line 31 探討CASE 1，純粹性土壤之情況。將土壤之property 中 之Cohesion 設(shè)為零，其余參數(shù)不變 Line 32 Line 33 使用大應(yīng)變之模式，則每一個step其格網(wǎng)座標(biāo)自 動更新Line 34求解。除了使用slove之外，可令step=n，L

18、ine 35 繪出位移的等高線Line 37 設(shè)求解之step=800，以便觀察800個step后之情況。 因本CASE中土壤之C=0 =20，很明顯此邊坡會破壞， step=800已夠發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。Line 40再叫出 sll.sav 即初始平衡況以便進(jìn)行CASE 2 之分析Line 41再設(shè)X及Y向位移為零 Line 42 變更Cohesion為1 104 N/m2Line 47 Line 49 設(shè)定水位線為table 1，水的密度是1000 kg/cm3 Line 50 Line 64 使用FLAC去定義function wet_ den，此自設(shè)之 function乃在定義水位線下之單位重為 1800/cm3 。 注意：有幾個 loop 就要有幾個 end loop，有幾個if 就要有幾個end if，結(jié)尾必定要以end結(jié)束。 Line 65 前面之