FLAC3D数值模拟方法及工程应用 深入剖析FLAC3D 5.0PDF电子书下载

第一章 FLAC3D数值方法介绍 1

1.1 FLAC/FLAC3D简介 1

1.1.1 FLAC/FLAC3D研发历史 1

1.1.2 ITASCA公司简介 1

1.2 FLAC/FLAC3D计算的数学力学原理 2

1.2.1显式有限差分方法的一般原理 2

1.2.2显式/动态求解方法 3

1.2.3空间导数的有限差分近似 4

1.2.4本构关系 5

1.2.5时间导数的有限差分近似 5

1.2.6阻尼力 6

1.2.7三维问题有限差分数值原理与方法 6

1.3拉格朗日快速差分方法与有限元方法的比较 7

1.4 FLAC与通用有限元软件的比较 9

第二章 FLAC3D 5.0新功能及快速入门 10

2.1 FLAC3D 5.0新功能概述 10

2.1.1 FLAC3D 5.0简介 10

2.1.2 FLAC3D 5.0新功能 10

2.2 FLAC3D 5.0界面介绍 15

2.2.1窗格 16

2.2.2菜单栏 21

2.2.3工具栏 35

2.2.4标题栏 36

2.2.5状态栏 36

2.3 FLAC3D 5.0基本操作 36

2.3.1项目文件 36

2.3.2命令执行 39

2.3.3状态追踪 39

2.3.4信息查看 41

2.3.5数据文件 42

2.3.6绘图输出 43

2.3.7快捷命令 53

2.4 FLAC3D 5.0快速入门 55

2.4.1 FLAC3D 5.0基本概念 55

2.4.2 FLAC3D 5.0基本命令 61

2.5 FLAC3D 5.0实例 70

2.5.1问题描述 70

2.5.2模型建立 70

2.5.3本构及材料 72

2.5.4 初始、边界条件 73

2.5.5监测求解 73

2.5.6结果解释 75

2.5.7开挖求解 77

2.5.8结构支撑 79

第三章 网格的生成 81

3.1网格生成基本方法 81

3.1.1网格生成器的概述 81

3.1.2调整网格为简单形状 88

3.1.3网格密化 91

3.1.4用FISH语言生成网格 96

3.2网格拉伸工具 98

3.2.1基本和核心概念 98

3.2.2创建视图中的操作 108

3.2.3拉伸视图中的操作 115

3.2.4补充信息 118

3.3使用几何数据 125

3.3.1几何数据 125

3.3.2可视化 126

3.3.3指定组 128

3.3.4 几何范围 129

3.3.5加大离散化或致密化单元体 130

3.3.6用FLAC3D命令实现SpaceRanger功能——解决模型问题 132

3.3.7表面地形和分层 140

第四章 FLAC3D中内置语言——FISH语言 147

4.1 FISH语言简介 147

4.2代码的编写规范 148

4.2.1命名规则与代码书写 148

4.2.2查错方法 149

4.3变量与函数 149

4.3.1变量与函数名 149

4.3.2函数的创建 150

4.3.3函数的调用 150

4.3.4函数的删除和重定义 151

4.3.5变量与函数的区别及适用范围 151

4.4数据类型 152

4.4.1基本类型 152

4.4.2运算符和类型转换 154

4.4.3字符串 154

4.4.4指针 156

4.4.5向量 156

4.5控制语句 157

4.5.1选择语句 157

4.5.2条件语句 157

4.5.3循环语句 158

4.5.4其他结构控制语句 159

4.6 FISH与FLAC3D的联系 160

4.6.1被FLAC3D修改 160

4.6.2 FISH函数的执行 161

4.6.3执行FISH中的命令 162

4.6.4 错误处理 163

4.6.5 FISH调用 164

4.7应用实例 166

第五章 FLAC3D中的本构模型及二次开发 168

5.1理论介绍及使用指南 168

5.1.1概述 168

5.1.2 FLAC/FLAC3D中的本构模型 169

5.1.3空模型组 170

5.1.4弹性模型组 170

5.1.5塑性模型组 173

5.2开发自定义本构 177

5.2.1简介 177

5.2.2方法 178

5.2.3执行 182

5.3开发实例——以Burgers为例 188

5.3.1准备工作 189

5.3.2头文件（.h） 191

5.3.3源文件（.cpp） 192

5.3.4生成.dll文件 199

5.3.5验证 199

第六章 FLAC3D中的流固耦合分析 203

6.1概述 203

6.2流固耦合计算模式 204

6.2.1无渗流模式 204

6.2.2渗流模式 204

6.3流体分析的参数和单位 206

6.3.1渗透系数 206

6.3.2密度 207

6.3.3流体模量 207

6.3.4孔隙率 209

6.3.5饱和度 209

6.3.6不排水热系数 209

6.3.7流体抗拉强度 209

6.4流体边界条件，初始条件，源与汇 210

6.5单渗流问题和耦合渗流问题的求解 211

6.5.1时标 211

6.5.2完全耦合分析方法的选择 212

6.5.3固定孔压（有效应力分析） 214

6.5.4单渗流分析建立孔压分布 215

6.5.5无渗流——力学引起的孔压 216

6.5.6流固耦合分析 218

6.6验证实例 226

第七章 FLAC3D中的流变分析 234

7.1概述 234

7.2 FLAC3D中的蠕变模型 236

7.2.1概述 236

7.2.2 MAXWELL黏弹性模型（Model Mechanical VISCOUS） 238

7.2.3 BURGERS黏弹性模型（Model Mechanical BURGERS） 240

7.2.4 BURGERS黏弹塑性模型（Model Mechanical CVISC） 242

7.2.5二元POWER-LAW黏弹性模型（Model Mechanical POWER） 245

7.2.6 POWER-LAW律黏弹塑性模型（Model Mechanical CPOWER） 247

7.2.7参考蠕变律WIPP黏弹性模型（Model Mechanical WIPP） 248

7.2.8 WIPP黏弹塑性模型 （Model Mechanical PWIPP） 250

7.3 FLAC3D蠕变分析关键概念及命令浅析 252

7.3.1时间步长 252

7.3.2时间步长的自动调整 254

7.3.3温度相关性蠕变行为 255

7.3.4蠕变分析流程及关键命令浅析 255

7.4应用案例 256

7.4.1概述 256

7.4.2基本地质条件 258

7.4.3施工期稳定性评价 260

7.4.4运行期稳定性评价 262

7.4.5数据文件 264

第八章 FLAC3D动力分析 273

8.1概述 273

8.2与等效线性方法的相关性 273

8.2.1等效线性方法的特点 273

8.2.2完全非线性方法的特点 274

8.2.3完全非线性方法在动力分析上的应用 275

8.3动力方程 275

8.3.1动态时步 275

8.3.2动态多步 276

8.4动力分析建模需注意的问题 280

8.4.1动力荷载及边界条件 280

8.4.2波的传播 302

8.4.3力学阻尼与材料响应 302

8.4.4动态孔隙水压力的生成及土体液化 310

8.5动力问题的求解 312

8.5.1动力力学计算模拟步骤 312

8.5.2考虑水力耦合作用的动力计算 322

第九章 FLAC3D在边坡中的应用 330

9.1强度折减法 330

9.1.1边坡安全系数 330

9.1.2强度折减法的基本原理 330

9.1.3 FLAC3D中的强度折减法 331

9.1.4边坡失稳的判据 333

9.2羊曲水电站泄洪洞出口边坡稳定性分析 333

9.2.1工程概况及地质条件 333

9.2.2天然边坡及开挖施工条件下的稳定性计算分析 334

9.2.3泄洪洞内水外渗对边坡的稳定性影响 347

第十章 FLAC3D在地铁工程中的应用 353

10.1概述 353

10.2地铁隧道施工引起地层位移的基本规律 355

10.2.1隧道施工引起的地表沉降规律 355

10.2.2不同深度地层位移规律研究 358

10.3隧道掘进的数值模拟的一般实现方法 360

10.4 FLAC3D在地铁盾构工程中的应用 361

10.4.1体积损失控制法的原理 361

10.4.2应力释放 362

10.4.3隧道沿线地层损失率插值 363

10.4.4隧道沿线不同地层损失率的数值模拟实现 363

10.4.5应力释放程序 363

10.4.6典型工程模拟分析 364

10.4.7小结 369

10.5 FLAC3D在地铁矿山法中的应用 370

10.6 FLAC3D在基坑施工对既有地铁车站影响中的应用 373

第十一章 FLAC3D在基坑工程中的应用 377

11.1概述 377

11.2基坑工程引起地层位移的基本规律 380

11.3基坑工程支护结构的模拟方法 382

11.3.1土钉与锚杆的模拟 382

11.3.2地下连续墙与支护桩的模拟 383

11.3.3内支撑的模拟 384

11.4基坑工程中本构模型的选择 384

11.4.1本构模型简介 384

11.4.2模型参数 385

11.4.3两种典型的应力路径下土体的变形特性的模拟 388

11.5工程案例一：钻孔灌注桩＋锚杆支护体系 389

11.5.1工程概况 389

11.5.2计算模型和地层参数 389

11.5.3计算结果对比分析 392

11.5.4小结 397

11.6工程案例二：钻孔灌注桩＋锚杆＋内支撑支护体系 398

11.6.1工程概况 398

11.6.2计算模型的建立 398

11.6.3基坑施工引起邻近既有建筑物的变形分析 401

第十二章 FLAC3D在文物保护工程中的应用 402

12.1概述 402

12.2文物保护工程数值分析中的主要问题 404

12.3岩体佛像稳定性影响分析与优化设计 405

12.3.1工程概况 405

12.3.2复杂几何特征的文物建模在FLAC3D中的实现 406

12.3.3材料及其参数取值依据 407

12.3.4计算分析设置及流程 408

12.3.5边坡及佛像的整体稳定性分析 408

12.3.6佛像头颈部的优化设计分析 410

12.3.7主要现存佛像与本工程的对比讨论 411

12.3.8小结 414

第十三章 FLAC3D在矿山工程中的应用 415

13.1概述 415

13.2 FLAC3D解决的矿山问题 415

13.3磷矿开采模拟方法 416

13.3.1我国磷矿的主要开采技术 417

13.3.2湖北钟祥熊家湾磷矿层开采计算 417

13.4煤层开采模拟方法 428

13.4.1煤层开采方法 428

13.4.2煤层开采数值模拟方法举例 430

13.5充填采矿模拟方法 443

13.5.1矿山充填体的作用机理 443

13.5.2 FLAC3D模拟充填采矿的方法 443

13.5.3模拟计算的难点 445

13.5.4金川二矿区充填采矿模拟 447

13.6尾矿库工程 461

13.6.1计算模型与边界条件 461

13.6.2力学参数的选取 464

13.6.3计算结果及分析 465

参考文献 473