FLAC3D數值模擬基礎

FLAC3D數值模擬基礎劉升貴中國礦業大學力學系liushg2002@163.com主要內容FLAC3D軟件簡介1、基坑開挖2、淺基礎的穩定性分析3、網格的合并聯結4、界面的生成5、隧道的生成6、模型材料問題7、Interface合并（聯結）問題8、初始條件問題9、破壞問題分析10、綜合實例-煤巷應力分析2主要內容FLAC3D軟件簡介1、基坑開挖2、淺基礎的穩定性分析3、網格的合并聯結4、界面的生成5、隧道的生成6、模型材料問題7、Interface合并（聯結）問題8、初始條件問題9、破壞問題分析10、綜合實例-煤巷應力分析3FLAC3D簡介FastLagrangianAnalysisofContinua美國Itasca（依泰斯卡）咨詢公司開發2D程序(1986)1990年代初引入中國有限差分法(FDM)DOS版→2.0→2.1→3.0Itasca其他軟件4FLAC3D簡介應用：巖土力學/巖石力學分析，例礦體滑坡、煤礦開采沉陷預測、水利樞紐巖體穩定性分析、采礦巷道穩定性研究等巖土工程、采礦工程、水利工程、地質工程特色：大應變模擬完全動態運動方程使得FLAC3D在模擬物理上的不穩定過程不存在數值上的障礙顯示求解具有較快的非線性求解速度51承受荷載能力與變形分析：用于邊坡穩定和基礎設計2漸進破壞與坍塌反演：用于硬巖采礦和隧道設計3斷層構造的影響研究：用于采礦設計4施加于地質體錨索支護所提供的支護力研究：巖錨和土釘的設計5排水和不排水加載條件下全飽和流體流動和孔隙壓力擴散研究：擋土墻結構的地下水流動和土體固結研究6粘性材料的蠕變特性：用于碳酸鉀鹽礦設計7陡滑面地質結構的動態加載：用于地震工程和礦山巖爆研究8爆炸荷載和振動的動態響應：用于隧道開挖和采礦活動9結構的地震感應：用于土壩設計10由于溫度誘發荷載所導致的變形和結構的不穩定：高輻射廢料地下埋藏的性能評價12大變形材料分析：用于研究糧倉谷物流動及井巷和礦洞中材料的總體流動FLAC3D簡介6基本原理開始生成網格并調整網格的形狀；持續的運動和連續的物質屬性；特定的邊界條件和初始條件。到達平衡狀態效果是否符合要求作如下改變：開挖模型的物質屬性改變邊界條件實施求解效果是否符合要求參數是否調整結束網格確定問題的幾何尺寸；持續的運動和連續的物質屬性決定了模型的擾動（如由于開挖引起的變形）形式；邊界條件和初始條件確定了模型的初始狀態（沒有引起擾動或變形的狀態）。建立FLAC計算模型，必須進行以下三個方面的工作：

1.有限差分網格

2.本構特性與材料性質

3.邊界條件與初始條件

完成上述工作后，可以獲得模型的初始平衡狀態，也就是模擬開挖前的原巖應力狀態。然后，進行工程開挖或改變邊界條件來進行工程的響應分析。

7基本原理有限差分法Lagrangian網格空間混合離散技術Lagrangian格式動量平衡方程FLAC3D的求解過程FLAC3D的本構模型8有限差分法古老的方法(上世紀40年代)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FDM&FEM的混合求解FDM的新進展9Lagrangian網格源自流體力學中的拉格朗日法跟蹤流體質點的運動狀態跟蹤固體力學中結點，按時步用Lagrangian法研究網格節點的運動節點和單元隨材料移動，邊界和接觸面與單元的邊緣一致固體力學大變形理論法國數學家、物理學家拉格朗日

10FLAC3D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點力新的應力對所有的網格節點對所有單元11FLAC3D中的本構模型開挖模型null3個彈性模型各向同性彈性橫觀各向同性彈性正交各向同性彈性8個塑性模型（Drucker-Prager模型、Morh-Coulomb模型、應變硬化/軟化模型、遍布節理模型、雙線性應變硬化/軟化遍布節理模型、修正劍橋模型和胡克布朗模型）12FLAC3D中的本構模型13FLAC3D的前后處理術語水平邊界壓力結構線模型邊界格網點格網區域水平邊界壓力滾動底端邊界內部開挖邊界區域（Zone）……有限差分劃分的帶在幾何上是最小的區域，在在這個區域里的每一個現象的變化，如應力應變都可以估計出，。各種形狀的多面體（立方體、楔形、錐體、四面體等）可用來構造模型并可用plot顯示出來。每一個多面體可能有一套或兩套表層設置，這由5個四面體組成。默認的情況下，兩個表層設置用在對計算精度要求高的情況下，區域的另外一種叫法是要素。柵格點（GridPoint）……柵格點是有限差分單元的角點。一個多面體可能有5個、6個、7個或8個網格點，主要取決于多面體的形狀。給定每個節點的x，y和z值這樣就具體確定了有限差分單元，。其他叫法有：節點，交點。有限差分柵格（FiniteDifferenceGrid）……有限差分網格是研究區域中一個或多個通過物理邊界連接的有限差分單元的集合。另一個叫法是網格，有限差分網格也可以標識出模型中每個狀態的存儲位置，FLAC3D所生成的矢量都保存在節點上（如：受力、速度、位移）。標量和張量保存在單元的中心（如應力、材料屬性）。14FLAC3D的前后處理術語水平邊界壓力結構線模型邊界格網點格網區域水平邊界壓力滾動底端邊界內部開挖邊界模型邊界（ModelBoundary）……即有限差分網格的外圍，內部邊界也同樣是模型邊界（如網格中的空洞）。邊界條件（BoundaryCondition）……即模型邊界的約束條件或控制條件的給定（如：限制位移、滲透條件、絕熱條件）。初始條件（InitialConditions）……即在對模型加載或開挖等作用前的各種參數狀態。基本模型（ConstitutiveModel)……基本模型（材料模型）即規定了FLAC3D模型中某一區域的變形或強度效應，可用大量基本模型去近視地質材料，可以單獨定義FLAC3D模型中的基本模型和材料模型?？諉卧∟ullZone）……空單元表示此區域為空（就象沒有材料一樣）。次級網格（SUB-GRID）……有限差分網格可由次級網格組成，它可用來在模型中創建不同形狀的區域，次級網格是分別生成，可進行合并和連接。15FLAC3D的前后處理術語水平邊界壓力結構線模型邊界格網點格網區域水平邊界壓力滾動底端邊界內部開挖邊界附屬接觸面ATTACHEDFACES……附屬柵格面是由被劃分的次級柵格組成的網格接觸或合并的面柵格面，接觸面必須是共面或接觸，每個面的節點不一定一樣，不同總密度的次級網格可以接觸。接觸面INTERFACE------即次級網格在計算過程中可以分開（滑動，開裂）的兩部分之間的面，可表示不連續的物理特征，如，斷層，節理面或材料性質突變的臨界面。范圍INTERFACE------范圍是對FLAC3D模型空間值的一個描述，可給定一個命令的作用范圍，即使模型發生運動---不影響模型中的區域和節點位置，一個范圍或范圍確定的單元也不發生改變。范圍或范圍內的單元所包含的區域，也可以用一個單元的ID號來表示，它與區域，節點，或結構單元密切聯系。集合GROUP-----在FLAC3D模型中他們有共同的名稱，由于限定具體命令的對象，如model命令對某一集合設置為某種材料，任何命令加于集合名稱也就相當于作用于這一集合的所有區域。16FLAC3D的前后處理術語水平邊界壓力結構線模型邊界格網點格網區域水平邊界壓力滾動底端邊界內部開挖邊界ID號碼IDNUMBER-----FLAC3D模型中的單元以ID號加以區分，下面的單元有ID號；內部面、節點、區域、體積、歷史、表格、顯示項和結構單元的全部內容。這幫助用戶確定模型中的單元，可用porint命令獲得ID號，用戶可給內部面、結構單元、歷史等賦ID號。實體結構單元同樣也有CID號，系統給每一個網格，單元都創建了一個CID號，這與梁，柱等不一樣。結構單元STRUCTURALELEMENT------在FLAC3D中有兩種結構單元。二結點，線性單元表示梁，柱作用。三結點，三角平面單元表示面狀，結構單元用來模擬土體或巖體中結構支護的相互作用。非線性材料作用可用單元表示。每一結構單元實體（梁，柱，面體）包括三個內容：結點、單個單元（也叫sels）和網格連線，這些內容的不同可區別出梁、樁、面體的作用。步STEP------因為在FLAC3D是具體代碼，問題的計算須分步進行，隨步長的增加，現象的有關信息在研究區域傳遞。對于靜態分析，需要給一個具體的步，讓其達到平衡狀態，典型的問題計算在2000-4000步之間，其他叫法有時間步，循環次。17FLAC3D的前后處理術語水平邊界壓力結構線模型邊界格網點格網區域水平邊界壓力滾動底端邊界內部開挖邊界靜態解答STATICSOLUTION-----如果模型中動量變化率小于了某一可忽略的值，就認為靜態或類靜態出現了，這通過限定運動方程實現，靜態就是模型達到應力平衡，或流體材料受外力后從不穩定到穩定。這種分析方法在FLAC3D中是默認的分析方法，機械的靜態分析也可與地下水滲透或熱傳遞問題結合（通過特定設置后，動態問題可由帶約束的靜態分析代替）。非平衡力UNBALANCEDFORCE-------非平衡力標征靜態分析達到機械平衡（或塑性變形前），嚴格的說平衡時每個節點上的應力矢量都為0。最大應力會自動被監測，當擊活step或solve命令時，其值會顯示在屏幕上。最大網格力也叫非平衡力或抗平衡力，非平衡力在數值上永遠也不能達到0，當最大非平衡力相對加載的力很小時，我們就認為模型達到了平衡狀態，如果非平衡力一直保持某一非0值，這就說明模型中可能發生了破壞或塑性變形。18FLAC3D的前后處理術語水平邊界壓力結構線模型邊界格網點格網區域水平邊界壓力滾動底端邊界內部開挖邊界動態解答DYNAMICSOLUTION------在動態分析中，求解所有動態方程，動量的產生和消耗都將產生直接影響，在高頻率發生或持續時間很短的過程中用到，如地震或爆炸。動態計算是FLAC3D的一個可選模塊。（見附錄K）大應變/小應變LARGESTRAIN/SMALLSTRAIN--------FLAC3D默認的都是小應變，也就是說，即使計算出來的位移相對通常區域尺寸很大，節點也不發生相應位移。大應變中，節點根據每一步計算出的位移量發生位移。幾何非線性只有用大應變才能實現。19FLAC3D的前后處理命令驅動(推薦)程序控制圖形界面接口計算模型輸出指定本構模型及參數指定初始條件及邊界條件，指定結構單元指定接觸面指定自定義變量及函數(FISH)求解過程的變量跟蹤進行求解模型輸出20菜單驅動(計算模式)命令欄21菜單驅動(Plot)22一個最簡單的例子genzonbrisize333;建立網格modelelas;材料參數propbulk3e8shear1e8inidens2000;初始條件fixzranz-.1.1;邊界條件fixxranx-.1.1fixxranx2.93.1fixyrany-.1.1fixyrany2.93.1setgrav00-10solve;求解appnstr-10e4ranz3x12y12solveRUNFLAC3D23前后處理功能的優點多種zone類型后處理快捷、方便、豐富計算過程中的hist變量動態顯示FISH可進行參數化模型設計單元狀態的可編程計算暫停時的后處理與可保存24前后處理功能的缺點復雜模型的建模功能不強可以編程導入其他軟件形成的網格(比如：Ansys、Adina、GeoCAD)無等值線的后處理功能(3D)可編程將.sav文件寫入TecPlot等其他后處理軟件全命令操作，學習困難鼠標功能單一(雙擊取擊點坐標)25用tecplot繪制曲線

1.第一主應力

2.xdisp、ydisp、zdisp、disp

用excel做曲線

隧道

1做地表沉降槽（zdisp）

2地表橫向位移（xdisp）

3隧道中線豎向沉降曲線（zdisp）

4提取位移矢量圖，

5顯示初期支護結構內力

6顯示state（找塑性區）

基坑

1做地表沉降槽（zdisp）

2提取位移矢量圖，

3顯示初期支護結構內力

4顯示state（找塑性區）邊坡做安全系數和應變圖后處理26需要掌握gen,ini,app,plo,solve等建模、初始條件、邊界條件、后處理和求解的命令。

常用命令FLAC3D程序的編寫步驟：1Config________2Grid________3Model________4求起始的應力平衡________

(1)建立x,y坐標與網格的關系，建議使用Gen指示：Genx1,y1x2,y2,x3,y3x4,y4i=i0,i1j=j0,j1

(2)設定材料性質：prop

(3)設定外力：SetGrav,ApplyPressure,inisxx,Syy

(4)設定邊界條件：fix,free

(5)求起始的應力平衡：solve

(6)儲存：Save5求工程的影響________求出區域內的應力分布情況后，再依工程的流程及步驟階段執行各工程進行過程的影響，建議使用以下的步驟：

(1)調出起初的應力平衡：re_____.sav

(2)設定新的材料性質：model,prop

(3)設定新的支撐性質：struct

(4)設定新的外力

(5)設定邊界條件

(6)求工程時的應力平衡

(7)儲存27主要內容FLAC3D軟件簡介1、基坑開挖2、淺基礎的穩定性分析3、網格的合并聯結4、界面的生成5、隧道的生成6、模型材料問題7、Interface合并（聯結）問題8、初始條件問題9、破壞問題分析10、綜合實例-煤巷應力分析28Case-1：

土體中挖了一個長寬為2m×4m，深為4m的溝，挖土體的同時監測周圍土體的變形情況（模型6m×8m×8m）初始化不同限定的格網，可以使用GENERATE（生成）命令：genzonebricksize688這個命令會建立以一個初始化的格網，這個格網在X方向上有6個分區，Y方向上有8個分區，Z方向有8個分區。所建模型的Z軸在垂直方向上。

第一步：初始模型的建立顯示模型格網

命令plot

CreateTrenchAddsurfaceyellowAddaxesblackShow創建一個名為“Trench”的塊視圖并將塊表面設為黃色，把視圖塊的軸設為黑色。show關鍵字是顯示當前視圖——自動地創建一個視圖并設置為當前視圖。模型的正面透視圖會出現在窗口視圖中。按住鍵盤的X、Y、Z鍵，圖形能X、Y、Z方向旋轉。使用M鍵可以放大視圖，使用箭頭鍵可以移動圖形塊（shift鍵然后按住相應的鍵可以反轉和縮小圖形

顯示的圖形塊中的標題中給出了“Center:”，“Rotation:”，“Dist:”和“Mag:”的數據

29Case-1：

土體中挖了一個長寬為2m×4m，深為4m的溝，挖土體的同時監測周圍土體的變形情況（模型6m×8m×8m）創建另一個視圖——黑體部分顯示了新增加的命令。（我們假定Plot>命令提示符仍然是被激活的，如果沒有，在鍵入命令之前鍵入PLOT然后按回車鍵。）

CreateTrench2AddsurfaceyellowAddaxesblackSetrotation17.4959.84728.481Setcenter344Setdist26.12Setmagnification0.8Show第一步：初始模型的建立30Case-1：

土體中挖了一個長寬為2m×4m，深為4m的溝，挖土體的同時監測周圍土體的變形情況（模型6m×8m×8m）使用莫爾-庫侖(Mohr-Coulomb)準則彈塑性模型

（在MODEL命令中不指定區域的范圍，FLAC3D假定所有的區域都是Mohr-Coulomb性質）

Propbulk=1e8shear=0.3e8fric=35coh=1e10tens=1e10Propcoh=1e10tens=1e10

注意：關鍵參數的值可能被空格鍵或“=”分開

體積、剪應力、內摩檫角、內聚力和抗壓強度是一定的。我們所見的內聚力和抗壓強度都給得很大，這僅僅是在重力作用階段給材料的初始值。實際中，在初始應力階段材料是彈性的。

setgrav0,0,-9.81inidens=1000//初始化（ini=initial）密度為1000Kg/m3在z的負方向加以9.81m/sec2的重力加速度（在坐標軸的正方向把重力視為正），為了給模型一個重力，材料密度需預先給定。命令INI用于把模型的每個區域的平均密度設為1000Kg/m3

第一步：初始模型的建立-模型屬性31Case-1：

土體中挖了一個長寬為2m×4m，深為4m的溝，挖土體的同時監測周圍土體的變形情況（模型6m×8m×8m）邊界條件也可在FLAC3D的提示符下輸入：

fixxrangex–0.10.1fixxrangex5.96.1fixyrangey–0.10.1fixyrangey7.98.1fixzrangez–0.10.11、前兩個命令規定，沿著在x=0和x=6兩個平面的柵格邊界上的節點在x方向被“固定”，這兩個邊界面通過Fix命令在”range”限定的范圍內下降；2、在y=0和y=8上的節點在y方向上被固定。第3、4條命令規定了他們的下降范圍；3、沿著底面邊界上的節點在z方向上被固定（z=0），這個平面被第5條命令固定了范圍。

第一步：初始模型的建立-邊界條件32Case-1：

土體中挖了一個長寬為2m×4m，深為4m的溝，挖土體的同時監測周圍土體的變形情況（模型6m×8m×8m）在計算過程中我們想監測所選參數的變化，History命令可以幫助我們判斷是處于平衡狀態還是發生了不穩定的破壞。

histn=5//hist=history設置步長為5histunbal//最大非平衡力histgpzdisp448//測試柵格點448的位移我們設定監測參數的變化步長為5（默認步長是10），則每隔5步被選定的參數值就會自動保存在歷史列表中，被保存的2個參數是：最大非平衡力和節點z方向上的位移（x=4,y=4,z=8點）；知道一個模型中的最大非平衡力很有用，如果最大非平衡力的值很小或位移很穩定，這說明模型已達到平衡狀態。

為了考查模型的重力作用，先規定達到平衡的步數。Solve命令可自動判斷平衡，*（計算時間，不是實際時間）當鍵入：

setmechforce=50solve計算開始，步數和最大非平衡力將在屏幕上顯示；當最大非平衡力小于極限值（set命令給定的大小為50N的力）時，程序將停止運行。

第一步：初始模型的建立-監測網格點33Case-1：

土體中挖了一個長寬為2m×4m，深為4m的溝，挖土體的同時監測周圍土體的變形情況（模型6m×8m×8m）可以根據最大主應力和z方向位移的歷史記錄判斷它是否達到平衡。當鍵入：plothist1

可得到最大非平衡力的歷史記錄

最大非平衡力的歷史記錄圖

z方向上位移歷史記錄圖(在x=4,y=4,z=8這點上)

hist2

當最大非平衡力的歷史值達到0，而且位移的歷史記錄穩定。這兩個方面都可以反應出模型已達到了平衡狀態。

得到z方向的位移歷史記錄;注意：通過hist命令，每一個歷史都被連續地從一開始進行數值化，回到FLAC提示符下，鍵入；printhist得到一個歷史列表和相應的數值。

第一步：初始模型的建立-監測網格點34Case-1：

土體中挖了一個長寬為2m×4m，深為4m的溝，挖土體的同時監測周圍土體的變形情況（模型6m×8m×8m）同樣可以在模型中考察重力效應。現在我們建立一個包含多個圖形的復雜窗口，只需鍵入：plotcreateGravVplotsetplanedip=90dd=0origin=3,4,0plotsetrot15020;thiswouldbeachievedinteractivelyplotsetcenter;andisshowheresimplytoillustrateplotaddboundbehindplotaddbcontszzplaneplotaddaxesplotshow這樣我們就建立了一個叫“GravV”的圖形，將它設為當前圖層，對此圖形設置一個傾角為90°的面，（在x-y面上，約定z的負方向為下），傾向為0°。（在x-y面上，從y的正方向開始沿順時針方向計量），過x-y面上一點（x=3,y=4,z=0）,在平面后加一個網格，垂直方向的應力Qzz，最后給模型加軸線，整體圖形輪廓與添加圖形相反，顯示每個區域中心的應力計算值，每個區域的顏色直接對應基本區域的應力，當鍵入show,我們建立的圖形被顯示

在初始平衡時的重力應力等值線圖

第一步：初始模型的建立-監測網格點35Case-1：

土體中挖了一個長寬為2m×4m，深為4m的溝，挖土體的同時監測周圍土體的變形情況（模型6m×8m×8m）保存初始狀態，你可以在進行參數分析的時候提??；保存此狀態后，回到FLAC3D的提示符下鍵入；savetrench.Sav于是在默認路徑下將建立一個叫“trench.Sav”的文件。

現在在模型中建立兩個面，鍵入命令：plotprint就可以顯示這些視圖的列表，動態圖將會用箭頭標出，圖形“base”為草稿視圖。鍵入命令：plotprintview將顯示當前圖形的詳細信息。在以上命令中加入圖形名稱或數字將產生一個圖形的詳細描述，包含所有設置和項目在圖上。當我們把當前的“GravV”圖形改變為“trench”圖形時，只要通過輸入命令：plotcurrentTrench//Trench視圖必須存在（通過create命令生成）這樣就讓“Trench”接受項目或設置的改變，任何現存的視圖都可直接顯示出來，而不用先把它設為當前。plotshowTrench將在主菜單下顯示所有可視的圖形

第一步：初始模型的建立-監測網格點36Case-1：

土體中挖了一個長寬為2m×4m，深為4m的溝，挖土體的同時監測周圍土體的變形情況（模型6m×8m×8m）第二步開挖巷道

在”plot”下，現在我們在土體內開挖巷道，先鍵入：propfric=35coh=1e3tens=1e3摩擦角35°粘聚力1×103抗拉強度1×103這就給整個區域設置了一個大小為1000Pa的內聚力和抗拉強度，這個強度足以防止在初始階段發生破壞（即開挖前），但是你要選擇一個步數，使它計算完后有破壞的可能性。進行開挖，鍵入：modelnullrangex=24y=26z=510開挖的巷道尺寸（即空材料），通過x-,y-,z-定義一個合適的范圍。一個低內聚力和無垂直支護的巷道將發生跨塌，因為我們想仔細考察這一過程，應使用大應變模式。通過鍵入以下命令實現：setlarge為了得到更好的顯示效果，我們只想看巷道開挖后的位移變化，而不想從重力加載就開始觀察，所以我們去掉剛開始x,y,z方向上由于重力發生的位移；*inixdis=0ydis=0zdis=0我們有意設置足夠小的內聚力讓其破壞，我們現在不用“solve”命令計算，因為用他時要給一個失去平衡的應力極限（為了平衡而選擇的），而我們的模擬永遠都不會達到平衡；此外，我們可以給定一個時間步，當此時跨塌時顯示其結果，這只是一個間接方法，模擬不必在每個計算過程中都達到平衡，因為我們用不著解決一系列數字式

37Case-1：

土體中挖了一個長寬為2m×4m，深為4m的溝，挖土體的同時監測周圍土體的變形情況（模型6m×8m×8m）5、開挖巷道

用“step”命令step2000此時FLAC3D將計算2000步。這樣考察計算主要通過顯示一些結果。比如，為了產生出一個面的彩色等值線而重復“plot”。但要顯示位移等值線圖，鍵入plotcreateDispcontcopyGravVDispcontsettingaddcontdispplanebehindaddaxesshow

位移等值線圖可顯示出由于開挖引起的下沉量

38Case-1：

土體中挖了一個長寬為2m×4m，深為4m的溝，挖土體的同時監測周圍土體的變形情況（模型6m×8m×8m）39主要內容FLAC3D軟件簡介1、基坑開挖2、淺基礎的穩定性分析3、網格的合并聯結4、界面的生成5、隧道的生成6、模型材料問題7、Interface合并（聯結）問題8、初始條件問題9、破壞問題分析10、綜合實例-煤巷應力分析40Case-2：淺基礎的穩定性分析

條形基礎是指基礎長度遠遠大于寬度的一種基礎形式。按上部結構分為墻下條形基礎和柱下條形基礎?；A的長度大于或等于10倍基礎的寬度。條形基礎的特點是，布置在一條軸線上且與兩條以上軸線相交，有時也和獨立基礎相連在此，以條形基礎作為研究對象進行說明41Case-2：淺基礎的穩定性分析

42Case-2：淺基礎的穩定性分析

可以用平面應力分析方法解決條形基礎問題土體參數二維的條形基礎的塑性流動(Tresca材料)

（模型20m×1m×10m）43Case-2：

二維的條形基礎的塑性流動(Tresca材料)

（模型20m×1m×10m）44Case-2：

二維的條形基礎的塑性流動(Tresca材料)

（模型20m×1m×10m）genzonebricksize20110;建立矩形的網格區域，其大小為20×1×10plotCreateTrenchAddsurfaceyellowAddaxesblackShow;顯示模型格網pausemodelmohr;采用摩爾-庫侖模型propbul2.e8shea1.e8cohesion1.e5;模型的材料性質：體積模量2.0×108;剪切模量1.0×108粘聚力1.0×105propfriction0.dilation0.tension1.e10;內摩擦角0°剪脹角0°抗拉強度1.0×1010fixxrangex-.1.1;在x方向上固定邊界x=0（即只在x方向上受約束）fixxyzrangez-.1.1;在xyz方向上固定邊界z=0（即為固定約束）fixxyzrangex19.920.1;在xyz方向上固定邊界x=20fixy;約束所有y方向上運動fixxyzrangex-.13.1z9.910.1;在xyz方向上固定平面x=0，3z=10inizvel-0.5e-5rangex-.13.1z9.910.1;在平面x=0，3z=10上初始化z方向的速度為?0.5×10?545Case-2：

二維的條形基礎的塑性流動(Tresca材料)

（模型20m×1m×10m）defp_cons;用fish語言定義函數p_conspdis1=gp_near(0.,0.,10.);靠近坐標（0，0，10）的節點的地址賦予pdis1pdis2=gp_near(0.,1.,10.);靠近坐標（0，0，10）的節點的地址賦予pdis2p_sol=(2.+pi);2+π賦予p_solend;用于fish語言的結尾p_cons;運行函數p_cons;---------------------------------------------------------------------;p_load:averagefootingpressure/c;場地的平均壓力;c_disp:magnitudeofverticaldisplacementatfootingcenter/a;場地中心的垂直沉降量;---------------------------------------------------------------------defactLoad;定義函數actLoad（活荷載）（fish語言的起始句）46Case-2：

二維的條形基礎的塑性流動(Tresca材料)

（模型20m×1m×10m）pnt=gp_head;把網格點指針的首個地址（gp_head）賦予變量pntpload=0.0;定義變量pload為0n=0;定義變量n為0loopwhilepnt#null;loop是循環命令，其條件是pnt≠0ifgp_zpos(pnt)>9.9then;當變量pnt所對應的z坐標大于9.9ifgp_xpos(pnt)<3.1then;且x坐標小于3.1時pload=pload+gp_zfunbal(pnt);變量pload為上次循環中的值與變量pnt所對應;的z方向上的不平衡力的和n=n+1;n自我加1endif;結束里面的ifendif;結束外面的ifpnt=gp_next(pnt);把網格點指針的下一個地址（gp_next）賦予變量pntendloop;結束循環actLoad=pload/(3.5*z_prop(zone_head,'cohesion'));這里函數actLoad的值，為后面的式子所賦予，;其中pload為循環結束后的最終;值z_prop(zone_head,‘cohesion’)為首個單元;的粘聚力的數值c_disp=-(gp_zdisp(pdis1)+gp_zdisp(pdis2))/7.0;同理，這里函數c_disp的值，;也為后面的式子所賦予，其中gp_zdisp(pdis1)為;變量pdis1所對應的網格點在z方向的位移，;gp_zdisp(pdis2)變量pdis2所對應;的網格點在z方向的位移end;fish語言的結束句47Case-2：

二維的條形基礎的塑性流動(Tresca材料)

（模型20m×1m×10m）defp_err;定義函數p_errp_err=100.*(actLoad-p_sol)/p_sol;函數p_err的值為后面式子所定義end;fish語言的結束句histn50;對n做歷史記錄histactLoad;對actLoad做歷史記錄histp_sol;對p_sol做歷史記錄histc_disp;對c_disp做歷史記錄histunbal;對unbal（不平衡力）做歷史記錄plotsketch;繪出輪廓線plotaddvel;添加矢量plotaddhis12vs3;繪出歷史記錄n，actLoad，p_solcyc15000;運行15000時步printp_err;輸出函數p_errsavepran.sav;形成sav文件，并保存為pran.sav48Case-2：

二維的條形基礎的塑性流動(Tresca材料)

（模型20m×1m×10m）49Case-2：

二維的條形基礎的塑性流動(Tresca材料)

（模型20m×1m×10m）50主要內容FLAC3D軟件簡介1、基坑開挖2、淺基礎的穩定性分析3、網格的合并聯結4、界面的生成5、隧道的生成6、模型材料問題7、Interface合并（聯結）問題8、初始條件問題9、破壞問題分析10、綜合實例-煤巷應力分析51Case-3：網格的合并聯結plotcreategrid4plotaddblockgroupredyellow;把在group中的部分染成紅色和黃色plotaddaxesblack;添加坐標軸線為黑色pausegenzonebricksize888p0-10,-10,-20p110,-10,-20&p2-10,10,-20p3-10,-10,0&grouplower_block;建立塊體網格，大小為8×8×8，其尺寸是p0、p1、p2、p3來決定，其中p0為;起始點的坐標，p1為x方向，p2為y方向，p3位z方向的坐標，并把這些區域;建立成一個群，名為lower_block。genzonebricksize2,2,1p00,0,1p15,0,1&p20,5,1p30,0,3&groupupper_block;建立另外一個塊體網格，其大小為2×2×1，其尺寸及位置是p0、p1、p2、p3;來決定，具體如上所述，并把這個區域歸為一個群，名為upper_block。plotshow;在視圖窗中顯示pause;暫停inizadd-1rangegroupupper_block;群upper_block的所有單元，在z方向上向下移動1m;genzonebricksize2,2,1p00,0,0p15,0,0&;p20,5,0p30,0,2&;groupupper_block;重新建立另外一個塊體網格，其大小為2×2×1，其尺寸及位置是p0、p1、;p2、p3來決定，具體如上所述，并把這個區域歸為一個群，名為upper_block。genmerge1e-5rangez0;此命令是接觸面單元合并成一個整體。52主要內容FLAC3D軟件簡介1、基坑開挖2、淺基礎的穩定性分析3、網格的合并聯結4、界面的生成5、隧道的生成6、模型材料問題7、Interface合并（聯結）問題8、初始條件問題9、破壞問題分析10、綜合實例-煤巷應力分析53Case-4：界面的生成;CreateBasegenzonebricksize333p0(0,0,0)p1(3,0,0)p2(0,3,0)p3(0,0,1.5)p4(3,3,0)p5(0,3,1.5)p6(3,0,4.5)p7(3,3,4.5)groupBase;建立另外一個塊體網格，其大小為3×3×3，其尺寸及位置是p0、p1、p2、p3、;p4、p5、p6和p7等楔型體的8個角點坐標來決定，并把這個區域歸為一個群，;名為Base（即下面的底座）。;CreateTop-1unithighforinitialspacinggenzonebricksize333p0(0,0,1.5)p1(3,0,4.5)p2(0,3,1.5)p3(0,0,6)p4(3,3,4.5)p5(0,3,6)p6(3,0,6)p7(3,3,6)groupToprangegroupBasenot;建立另外一個塊體網格，其大小為3×3×3，其尺寸及位置是p0、p1、p2、p3、;p4、p5、p6和p7等楔型體的8個角點坐標來決定，并把這個區域歸為一個群，;名為Top（即上面的部分）。genseparateTop;使兩部分的接觸網格分離為兩部分;Createinterfaceelementsonthetopsurfaceofthebase;在兩部分之間添加交界面單元interface1wrapBaseTop;在這兩部分之間添加接觸單元;plotcreateview_int;顯示，并創建標題view_intplotaddsurface;顯示表面plotaddinterfacered;顯示交互面為紅色plotshow;打開圖形saveint.sav;形成sav文件，并保存為int.sav54主要內容FLAC3D軟件簡介1、基坑開挖2、淺基礎的穩定性分析3、網格的合并聯結4、界面的生成5、隧道的生成6、模型材料問題7、Interface合并（聯結）問題8、初始條件問題9、破壞問題分析10、綜合實例-煤巷應力分析55Case-5：隧道的生成new;新建defsetup;定義函數setupnumy=8;定義常量numy為8depth=10.0;depth為10end;結束對函數的定義setup;運行函數setupgenzoneradcylsize5numy810&p0000p11002p20depth0p30010&p410depth2p50depth10p610010p710depth10;建立模型的單元為放射性圓柱，其內部圓柱大小尺寸為5×unmy×8，其總體的;具體的空間位置由p0,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7（它們的具;體意思參看generate命令）決定。plocreaqqqploaddsurfredploshopause;;暫停genzoneradcylsize5numy810&p0000p1100-10p20depth0p31002&p410depth-10p510depth2p6100-4p710depth-4;建立模型的單元為放射性圓柱，其內部圓柱大小尺寸為5×unmy×8，其中數值;10的意義是擴展網格的個數。其總體的具體的空間位置由;p0,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7（它們的具體意思參看generate命令）決定。plocreaqqqploaddsurfredploshopause;genzonebricksize5numy10&p000-10p1100-10p20depth-10p300-2p410depth-10&p50depth-2p620-2p72depth-2;建立塊體單元網格，其大小為5×unmy×10，;空間位置由p0,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7;（它們的具體意思參看generate命令）決定。genzonereflectorig000norm100;對單元進行鏡像，鏡像面為以（0，0，0）為原點，;以（1，0，0）為法向向量。plocreaqqq;創建名為qqqploaddsurfred;表面顏色設置為紅色ploshow;顯示圖形56主要內容FLAC3D軟件簡介1、基坑開挖2、淺基礎的穩定性分析3、網格的合并聯結4、界面的生成5、隧道的生成6、模型材料問題7、Interface合并（聯結）問題8、初始條件問題9、破壞問題分析10、綜合實例-煤巷應力分析57Case-6：模型材料問題genzonecylp0000p1100p2020p3001size454;建立圓柱的網格單元，大小為4×5×4genzonereflectnorm1,0,0;對單元進行鏡像，法線為（1，0，0），原點為（0，0，0）genzonereflectnorm0,0,1;對以上所有單元再進行鏡像，法線為（0，0，1），原點為（0，0，0）plotCreateTrenchAddsurfaceyellowAddaxesblackShow;顯示模型格網pausemodelmohr;采用摩爾-庫侖模型propbulk1.19e10shear1.1e10;為模型賦予參數，體積模量為1.19×1010，剪切模量為1.1×1010。propcoh2.72e5fric44ten2e5;內聚力為2.72×105，內摩擦角為44°，抗拉強的為2×105。fixxyzrangey-.1.1;邊界y=0為固定支座fixxyzrangey1.92.1;邊界y=2為固定支座iniyvel1e-7rangey-.1.1;在y=0的邊界上，初始y方向上的速度為1×10?7iniyvel-1e-7rangey1.92.1;在y=2的邊界上，初始y方向上的速度為-1×10?7;inipp1e5histgpydisp0,0,0;監測網格點（0，0，0）點的y方向上的位移histzonesyy0,1,0;監測單元（0，1，0）點的y方向上的應力histzonesyy1,1,0;監測單元（1，1，0）點的y方向上的應力step3000;運行3000步58Case-6：模型材料問題監測網格點（0，0，0）點的y方向上的位移59Case-6：模型材料問題監測單元（0，1，0）點的y方向上的應力60Case-6：模型材料問題監測單元（1，1，0）點的y方向上的應力61主要內容FLAC3D軟件簡介1、基坑開挖2、淺基礎的穩定性分析3、網格的合并聯結4、界面的生成5、隧道的生成6、模型材料問題7、Interface合并（聯結）問題8、初始條件問題9、破壞問題分析10、綜合實例-煤巷應力分析62Case-7：Interface合并（聯結）問題new;新建;gluedinterfacegrid;粘合交互網格genzonebricksize444p00,0,0p14,0,0p20,4,0p30,0,2;建立塊體網格單元，大小為4×4×4，其具體位置由p0,p1,p2,p3的坐標決定。genzonebricksize884p00,0,3p14,0,3p20,4,3p30,0,5;建立塊體網格單元，大小為8×8×4，其具體位置由p0,p1,p2,p3的坐標決定。callplot.dat;調用plot.dat文件pause;暫停inter1facerangez2.9,3.1;在z=3的面上建立交互單元inter1propkn300e9ks300e9tens1e10SBRATIO=1;賦予交界面參數，法向剛度為3.0×1011，剪切剛度為3.0×1011，;抗拉強度為1.0×1010，網格的比率為1inizadd-1.0rangez2.9,5.1;z方向上在2.9到5.1的范圍內，所有z的坐標都減1modelelas;材料模型為彈性模型propbulk8e9shear5e9;材料的參數為，體積模量為8×109，剪切模量為5×109fixzrangez-.1.1;固定邊界z=0，為滾動支座fixxrangex-.1.1;固定邊界x=0，為滾動支座fixxrangex3.94.1;固定邊界x=4，為滾動支座fixyrangey-.1.1;固定邊界y=0，為滾動支座fixyrangey3.94.1;固定邊界y=4，為滾動支座applyszz-1e6rangez3.94.1x0,2y0,2;在z=4的平面中，x（0，2），y（0，2）的范圍內施加z方向的應力為?1×106histunbal;監測不平衡力solve;計算，一般計算到ratio=1×10?5為止saveinter.sav;將文件保存為inter.savcallplot.dat;調用plot.dat文件pause;暫停63Case-7：Interface合并（聯結）問題64Case-7：Interface合并（聯結）問題new;新建文檔;attachedgrid;連接網格genzonebricksize444p00,0,0p14,0,0p20,4,0p30,0,2;建立塊體的網格單元，其大小為4×4×4，其空間位置由p0,p1,p2,p3決定genzonebricksize884p00,0,2p14,0,2p20,4,2p30,0,4;建立塊體的網格單元，其大小為8×8×4，其空間位置由p0,p1,p2,p3決定attachfacerangez1.92.1;在z=2的平面上連接交界面modelelas;材料模型為彈性模型propbulk8e9shear5e9;體積模量為8×109，剪切模量為5×109fixzrangez-.1.1;固定邊界z=0，為滾動支座fixxrangex-.1.1;固定邊界x=0，為滾動支座fixxrangex3.94.1;固定邊界x=4，為滾動支座fixyrangey-.1.1;固定邊界y=0，為滾動支座fixyrangey3.94.1;固定邊界y=4，為滾動支座applyszz-1e6rangez3.94.1x0,2y0,2;在z=4的平面中，x（0，2），y（0，2）的范圍內施加z方向的應力為?1×106histunbal;監測不平衡力Solve;計算，一般計算到ratio=1×10?5為止saveatt.sav;將文件保存為att.savcallplot.dat;調用plot.dat文件pause;;暫停65Case-7：Interface合并（聯結）問題new;新建文本;onegrid;一個網格genzonebricksize888p00,0,0p14,0,0p20,4,0p30,0,4;建立塊體的網格單元，其大小為8×8×8，其空間位置由p0,p1,p2,p3決定modelelas;材料模型為彈性模型propbulk8e9shear5e9;材料的體積模量為8×109，剪切模量為5×109fixzrangez-.1.1;固定邊界z=0，為滾動支座fixxrangex-.1.1;固定邊界x=0，為滾動支座fixxrangex3.94.1;固定邊界x=4，為滾動支座fixyrangey-.1.1;固定邊界y=0，為滾動支座fixyrangey3.94.1;固定邊界y=4，為滾動支座applyszz-1e6rangez3.94.1x0,2y0,2;在z=4的平面中，x（0，2），y（0，2）的范圍內施加z方向的應力為?1×106histunbal;監測不平衡力solve;計算，一般計算到ratio=1×10?6為止savenoatt.sav;將文件保存為noatt.savcallplot.dat;調用plot.dat文件66主要內容FLAC3D軟件簡介1、基坑開挖2、淺基礎的穩定性分析3、網格的合并聯結4、界面的生成5、隧道的生成6、模型材料問題7、Interface合并（聯結）問題8、初始條件問題9、破壞問題分析10、綜合實例-煤巷應力分析67Case-8：初始條件問題APPLY命令可以在其后面選用關鍵詞gradient，這時，我們就可以在一個指定的范圍內線性地改變應力或應變。在關鍵詞gradient后面的參數為gx，gy，gz，它們可以用來說明應力或者應變在x，y，z上的變化趨勢。應力或者應變線性改變的距離，是以全局坐標系下的原點（0，0，0）為準的。例如：對于這個公式的理解，我們最好用下面的這得例子加以解釋：applysxx-10e6gradient0,0,1e5rangez-100,0特別指出，我們可以應用此命令來模擬由重力引起的，隨深度而有所增加的應力變化。我們在說明INITIAL命令時，確定應力場是隨坐標而產生坡度變化的，并且重力加速度的值已有SETgravity命令給出。68Case-8：初始條件問題genzonebricksize8810ratio1.211;產生塊體的網格單元，其到小為8×8×10，在x，y，z方向上的放大比率依;次為1.2，1，1modelmohr;材料模型為摩爾-庫侖模型inidens2000;所有材料的初始密度為2000propbulk2e8shear1e8;材料的體積模量為2×108，剪切模量為1×108。propfric30;材料的內摩擦角為30°。fixxrangex-.1.1;固定邊界x=0，為滾動支座fixxrangex7.98.1;固定邊界x=8，為滾動支座fixyrangey-.1.1;固定邊界y=0，為滾動支座fixyrangey7.98.1;固定邊界y=8，為滾動支座fixzrangez-.1.1;固定邊界z=0，為滾動支座setgrav10;設置重力加速度為10solve;運算saveini1.sav;形成sav文件，保存為ini1.savplotcreateszz_contour;創建文件名為szz_contour（z方向的應力云圖）plotsetcent445;視圖的中心坐標為（4，4，5）plotsetrot20030;視圖的旋轉角度為（20，0，30）plotsetmag1.0;視圖的放大倍數為1.0plotaddcontszzoutonshadeon;打開szz的等值線圖plotaddaxes;打開坐標軸線plotshow;顯示窗口pause;暫停69Case-8：初始條件問題70Case-8：初始條件問題new;新建文本genzonebricksize8810ratio1.211;產生塊體的網格單元，其到小為8×8×10，在x，y，;z方向上的放大比率依次為1.2，1，1modelmohr;材料模型為摩爾-庫侖模型inidens2000;所有材料的初始密度為2000propbulk2e8shear1e8;材